低滲透煤層注入超臨界CO2增透規(guī)律研究.pdf

1、我國絕大多數(shù)高瓦斯和突出礦井煤層均屬于低滲透煤層,提高煤層的滲透性,綠色環(huán)保的開發(fā)天然氣,成為了學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。煤具有典型的雙重介質(zhì)結(jié)構(gòu)特征,利用超臨界CO2的零表面張力、低粘度、強(qiáng)擴(kuò)散和強(qiáng)溶解等特性提高多孔介質(zhì)滲透性,對(duì)低滲透煤層煤樣注入超臨界CO2的流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行試驗(yàn)研究,并通過數(shù)值模擬進(jìn)一步研究超臨界CO2注入煤層過程中,煤體內(nèi)部裂紋動(dòng)態(tài)擴(kuò)展以及應(yīng)力場、滲流場和溫度場耦合規(guī)律,取得如下主要結(jié)論:(1)利用自制型煤,通過控制煤樣滲

2、透率隨溫度、孔隙壓力和有效體積應(yīng)力的正交變化,完成了CO2由非超臨界到超臨界狀態(tài)變化的增透試驗(yàn),揭示出煤樣滲透率和滲透系數(shù)變化規(guī)律,歸納出CO2密度和動(dòng)力粘度隨溫度和壓力的經(jīng)驗(yàn)公式;(2)通過對(duì)型煤在超臨界CO2作用前后的宏觀變化特征,以及其截面CT掃描后細(xì)觀變化規(guī)律的分析,說明超臨界CO2注入煤樣后,大大促進(jìn)了煤樣內(nèi)部的孔隙裂隙發(fā)育,超臨界CO2對(duì)提高煤層滲流性具有良好的效果;(3)利用COHESIVE單元模擬煤層面割理系統(tǒng),實(shí)施裂紋

3、面固定點(diǎn)監(jiān)測,揭示了CO2壓裂過程中裂紋面孔隙壓力、裂紋張開度,以及煤層位移動(dòng)態(tài)分布規(guī)律;(4)建立了煤層裂隙系統(tǒng)滲透率變化模型,同時(shí)根據(jù)超臨界CO2在煤層中運(yùn)移、吸附特征建立包含了煤的變形、氣體滲流和氣體吸附的熱流固三場耦合雙重介質(zhì)的數(shù)學(xué)模型;(5)通過對(duì)試驗(yàn)煤樣截面進(jìn)行數(shù)字圖像處理,統(tǒng)計(jì)分析煤樣割理系統(tǒng),揭示割理分布規(guī)律,生成具有隨機(jī)裂隙的煤層模型,同時(shí)依據(jù)型煤注入超臨界CO2增透試驗(yàn)所得滲透率和滲透系數(shù)的演化規(guī)律,以及CO2隨壓力