低滲透煤層氣注熱開采及其滲透規(guī)律研究.pdf

1、煤層氣是近年來崛起的優(yōu)質(zhì)潔凈新能源，主要以吸附狀態(tài)儲集于煤層中。我國煤層氣資源儲量豐富，但絕大部分儲層具有“高儲低滲”的特點，嚴重制約我國煤層氣工業(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)濟效益，是煤層氣開采研究中的熱點和難點。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)濟效益仍未達到理想預期。采用傳統(tǒng)的水力壓裂方法，在較短時間內(nèi)是有效的，但隨著時間增加，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，單純的水力壓裂效果已不足以滿足工業(yè)需求。因此對于煤層氣開采技術的改造迫在眉睫，隨之提出煤層氣注熱增產(chǎn)技術。在注熱之后，儲層內(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)生熱應力。當熱應力大于煤體的極限強度時，發(fā)生熱破裂現(xiàn)象。與此同時，熱破裂現(xiàn)象會影響煤體固體骨架的力學性質(zhì)以及其滲透率的變化。注熱在煤層氣開采中是否可以達到增產(chǎn)的效果，溫度對于儲層的滲透性改進會有多大的影響，都是需要研究

3、的內(nèi)容。
　　本文以注熱，改進煤儲層滲透性為研究課題，通過煤層氣賦存運移機理研究，低滲透煤巖體滲透特征研究，煤儲層注熱改造滲透性數(shù)值模擬，得出以下結論：⑴根據(jù)低滲透煤層的滲流特性及其雙重介質(zhì)結構特征，充分考慮煤體內(nèi)孔隙和裂隙之間的相互作用，建立含溫度效應的雙孔滲透率模型，得出適合各自特點的基質(zhì)孔隙率和裂隙孔隙率的動態(tài)變化模型，并得出兩者之間的關系。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擴展，雖會形成一些新的裂隙，但其規(guī)模有限。與此不同，熱破裂能改變巖石的微觀結構，既能使得巖體內(nèi)部原有的裂隙伸長，又能形成大量的新的裂隙，促使其形成裂隙網(wǎng)絡，從而實現(xiàn)滲透率的提高。⑶對低滲透煤層注熱的熱-流-固耦合進行基本的假設，根據(jù)公式推導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)學模型，結合工程背景，進行注高溫蒸汽壓裂的數(shù)值模擬，模擬低滲透煤儲層注高