低滲透煤層氣注熱開采及其滲透規(guī)律研究.pdf

1、煤層氣是近年來(lái)崛起的優(yōu)質(zhì)潔凈新能源，主要以吸附狀態(tài)儲(chǔ)集于煤層中。我國(guó)煤層氣資源儲(chǔ)量豐富，但絕大部分儲(chǔ)層具有“高儲(chǔ)低滲”的特點(diǎn)，嚴(yán)重制約我國(guó)煤層氣工業(yè)的發(fā)展。如何提高低滲透煤層的滲透率從而提高開采煤層氣的經(jīng)濟(jì)效益，是煤層氣開采研究中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。傳統(tǒng)的水力壓裂方法在煤層氣開發(fā)中已初具規(guī)模，注氣驅(qū)替瓦斯方法也已開始興起，但煤層氣產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益仍未達(dá)到理想預(yù)期。采用傳統(tǒng)的水力壓裂方法，在較短時(shí)間內(nèi)是有效的，但隨著時(shí)間增加，孔裂隙的閉合和滲透率

2、的降低，開采量急劇下降，煤層氣并沒有完全開采出來(lái)，單純的水力壓裂效果已不足以滿足工業(yè)需求。因此對(duì)于煤層氣開采技術(shù)的改造迫在眉睫，隨之提出煤層氣注熱增產(chǎn)技術(shù)。在注熱之后，儲(chǔ)層內(nèi)部煤體顆粒隨溫度的上升膨脹，其內(nèi)部相互約束，即產(chǎn)生熱應(yīng)力。當(dāng)熱應(yīng)力大于煤體的極限強(qiáng)度時(shí)，發(fā)生熱破裂現(xiàn)象。與此同時(shí)，熱破裂現(xiàn)象會(huì)影響煤體固體骨架的力學(xué)性質(zhì)以及其滲透率的變化。注熱在煤層氣開采中是否可以達(dá)到增產(chǎn)的效果，溫度對(duì)于儲(chǔ)層的滲透性改進(jìn)會(huì)有多大的影響，都是需要研究

3、的內(nèi)容。
　　本文以注熱，改進(jìn)煤儲(chǔ)層滲透性為研究課題，通過(guò)煤層氣賦存運(yùn)移機(jī)理研究，低滲透煤巖體滲透特征研究，煤儲(chǔ)層注熱改造滲透性數(shù)值模擬，得出以下結(jié)論：⑴根據(jù)低滲透煤層的滲流特性及其雙重介質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，充分考慮煤體內(nèi)孔隙和裂隙之間的相互作用，建立含溫度效應(yīng)的雙孔滲透率模型，得出適合各自特點(diǎn)的基質(zhì)孔隙率和裂隙孔隙率的動(dòng)態(tài)變化模型，并得出兩者之間的關(guān)系。⑵溫度作用下煤巖體發(fā)生熱破裂現(xiàn)象，其產(chǎn)生的裂隙、孔隙擴(kuò)展延伸規(guī)律不同于常規(guī)的煤巖體壓

4、裂方式。常規(guī)的水力壓裂，通常是沿煤巖體原有的裂隙延長(zhǎng)擴(kuò)展，雖會(huì)形成一些新的裂隙，但其規(guī)模有限。與此不同，熱破裂能改變巖石的微觀結(jié)構(gòu)，既能使得巖體內(nèi)部原有的裂隙伸長(zhǎng)，又能形成大量的新的裂隙，促使其形成裂隙網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)滲透率的提高。⑶對(duì)低滲透煤層注熱的熱-流-固耦合進(jìn)行基本的假設(shè)，根據(jù)公式推導(dǎo)建立低滲透煤巖體的數(shù)值模型及其數(shù)值解法。⑷根據(jù)建立的低滲透煤層氣注熱開采的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合工程背景，進(jìn)行注高溫蒸汽壓裂的數(shù)值模擬，模擬低滲透煤儲(chǔ)層注高