微波-蒸汽协同作用下煤层气渗流规律研究

作     者：董毓斌 

作者单位：辽宁工程技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张永利

授予年度：2023年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 080103[工学-流体力学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 082002[工学-油气田开发工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：构造煤 煤层气 渗透率 微波辐射 蒸汽注热 有效应力 

摘      要：煤层气作为一种清洁能源,其开发与利用逐步成为各国能源战略的重点研究方向,我国煤层气储量丰富,但低渗透率、低压及低饱和度的储层特性阻碍了工业化开采的脚步。热采煤层气技术作为一种新兴的煤层气开采工艺受到广泛关注,蒸汽注热开采技术作为热采技术的一种,因热潜能量大、传热效率高、早期增产效果好等特点已逐步应用于实际煤层气开采中,但由于蒸汽在传输过程中能量消耗较大及作用后容易使煤储层产生水锁效应等原因致使产能无法达到预期的效果,寻找蒸汽注热优化方案是丞待解决的难题。针对蒸汽注热技术的不足,微波辐射因其加热具有选择性、升温迅速、介质受热均匀等特点,可与蒸汽注热技术互补,补齐蒸汽热采技术短板,增加蒸汽热采技术应用前景。本文利用团队自主研发的微波-蒸汽协同作用下三轴加载实验设备以蒸汽注热技术为基础,通过实验手段探究在蒸汽注热前及蒸汽注热后添加微波辐射,探究煤样的温度及渗透率变化。由实验结果可知,在升温过程中,规定时间内经微波辐射处理后的煤样蒸汽注热所能达到的最高温度小于单一蒸汽注热,随有效应力减小,差值逐渐增加;在自然降温过程中,蒸汽注热处理后的煤样在降温初期均表现出不同程度的恒温阶段,对于微波辐射处理后的煤样,该恒温阶段持续时间更久,恒温效果更好。从渗透率角度分析,在相同温度条件下煤样的渗透率表现出微波-蒸汽方式单一蒸汽注热蒸汽-微波方式微波-蒸汽-微波方式的结果,随微波辐射时间的增加,不同协同方式下煤样渗透率均表现出大幅度增长的现象,其中微波-蒸汽-微波方式下煤样渗透率增长效果最好,较其它协同方式最高增加37%。从温度、有效应力及注热时间入手,以温度作用下煤样渗透率计算公式为基础、蒸汽注热时间为枢纽、不同协同方式下渗透率差异为考虑因素,构建微波-蒸汽-微波协同方式下煤岩渗透率动态方程,并以实验数据验证了方程的准确性,揭示协同热采增渗机理。本文以蒸汽热采技术为研究基础,探究在此工艺上添加微波辐射时,不同协同方式下煤样的温度及渗透率变化,考虑煤样恒温及渗透率增长效果提出一种合理的协同方式即微波-蒸汽-微波协同方式,并构建了此种协同方式煤岩的渗透率的动态模型,研究结果有助于优化现有蒸汽热采技术,提高煤层气采收率,并为实际开采和产量合理预测提供理论参考。该论文有图49幅,表16个,参考文献121篇。