沁水盆地南部高阶煤储层CO2-ECBM流体连续性过程模拟研究

作     者：刘书培 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：桑树勋

授予年度：2017年

学科分类：081803[工学-地质工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

主      题：CO2-ECBM 流体连续性 孔裂隙结构网络 沁水盆地南部 高阶煤 

摘      要：煤储层微观孔、裂隙结构控制下的煤层气吸附/解吸、扩散、渗流特征,是煤层气高效开发和CO-ECBM有效实施的基础。本文以沁水盆地南部3#无烟煤为研究对象,基于高阶煤微观孔裂隙结构发育特征及其连通性,利用自主研发的“CO注入与煤层气强化开发实验模拟系统,开展地层条件下,高阶煤储层CO注入与CH产出连续性过程的实验模拟研究。基于实验模拟结果,系统分析超临界CO注入后气体吸附/解吸—体积应变共同影响的煤储层渗透率变化特征及影响因素,揭示超临界CO驱替N过程的流体运移产出特征。综合煤储层孔裂隙连通性和实验模拟结果,探讨煤储层CO注入与CH产出流体连续性过程的控制因素及其作用机理。研究取得如下主要认识:(1)研究区煤储层孔裂隙连通性中等,孔隙以中孔为主,大孔发育较少,但发育有相当数量的半封闭孔。煤储层裂隙总体较发育,显微裂隙多发育于镜煤和亮煤中,发育有多种成因类型的显微裂隙。通过煤储层孔裂隙结构的三维可视化重构,在煤储层的纳米孔隙结构尺度进行了孔裂隙连通性分析。提取了测试样品中的孔裂隙结构网络参数,发现孔径小于30nm的中孔对连通性起主要作用、配位数较低、孔喉弯曲程度较大、吼道较短,限制了煤岩总体连通性发育。(2)煤体对不同气体有不同的吸附/解吸、扩散、渗流特性。实验发现:煤样对CO的吸附量约是对N的3.15.42倍,对CO的吸附膨胀量约是N的3.09.22倍,煤体膨胀/收缩存在各向异性,径向应变约是轴向应变的2倍;渗透率测试值HeNCO;超临界CO驱替N时,CO的突破时间与驱替效率受到煤储层孔裂隙网络结构连通性制约。实验中注气压力、围压以及温度条件对煤体渗透率、吸附/解吸—体积应变、超临界CO驱替N过程均有一定的影响。(3)煤储层结构是控制流体连续性过程的内在因素,多相流体特征以及地层条件等也会对连续性过程产生影响。吸附位理论、吸附势理论、多元气体吸附理论以及分子运动论是分析注入气体吸附/解吸作用的基础;气体的浓度差和压力差是扩散、渗流的基本动力,可以使用Fick扩散、Knudsen扩散、Darcy定律来进行定量分析。