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煤层气增产水力空化工具性能分析及其优化

煤层气增产水力空化工具性能分析及其优化

作者：文豪西安石油大学

学位级别：硕士

由于煤储层具有多孔隙、渗透率低等特点,传统增产措施例如水力压裂技术,存在煤层损伤大,污染高,适应性不强的问题。而水力空化射流技术通过诱导空化溃灭能产生大量的能量,包括机械震动和热能。使煤层产生交替变形达到撕裂煤层的效果,从... 详细信息

由于煤储层具有多孔隙、渗透率低等特点,传统增产措施例如水力压裂技术,存在煤层损伤大,污染高,适应性不强的问题。而水力空化射流技术通过诱导空化溃灭能产生大量的能量,包括机械震动和热能。使煤层产生交替变形达到撕裂煤层的效果,从而提高孔隙度,同时降低煤层瓦斯在煤体上的吸附能力,达到煤层气增产的目的。本文以提高煤层气采收率空化工具为研究对象,首先,根据应用水声学和气泡动力学,分析了空化气泡在初生、生长以及压缩过程中的动力学特性。并对煤层气在储层中的赋存特性进行分析,建立了适用于煤层孔隙中的空泡初生和溃灭模型,导出压力波传播的波动方程。然后,建立自激振荡空化喷嘴模型,并设计出适用于煤层气增产的空化工具,通过理论分析和Fluent数值模拟的方式,对空化喷嘴的射流特性进行分析,揭示了振荡腔内空化气泡发展过程,并对喷嘴主要结构参数的配比以及工艺参数(入口流速、出口围压)对空化效果的影响进行研究,最后进行室内实验验证。通过改变结构参数以及工艺参数,得出最优的结构参数配比为:d/d=1.8.2,D/d=5.6.4,L/D=0.2.4,α=120°。基于最优结构参数,对实际施工中的工艺参数进行了优化,得出入口流速的最优范围为455m/s,围压的提高对空化存在抑制作用,但适当提高入口流速能减弱围压产生的抑制效果。通过实验,分析不同流量下空化性能,验证了数值模拟得出的最优结构的具有较强的射流空化能力,并对不同入口直径进行对比,得出该结构下6mm为最优入口直径,改变下喷嘴直径进行实验,得到12mm时节流效果最佳,与模拟结果相吻合。研究结果为煤层气水力空化技术的应用奠定了一定基础,也为水力空化工具的优化设计提供了一定参考。

关键词：煤层气增产水力空化数值模拟参数优化

基于气−水两相流的注热CO_(2)增产CH_(4)数值模拟研究

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煤炭科学技术 2024年第3期52卷 115-128页

作者：张林峰杨艳国穆永亮范楠刘康姚文军太原理工大学安全与应急管理工程学院山西太原030024

注CO_(2)增产煤层气技术(CO_(2)−ECBM)可以降低温室气体排放,具有清洁能源生产和环境保护的功能。为研究气−水两相流条件下,在含水煤层中注CO_(2)增产CH_(4)的排采规律以及不同初始含水饱和度、不同CO_(2)注入条件对CH_(4)产量、CO_(2)... 详细信息

注CO_(2)增产煤层气技术(CO_(2)−ECBM)可以降低温室气体排放,具有清洁能源生产和环境保护的功能。为研究气−水两相流条件下,在含水煤层中注CO_(2)增产CH_(4)的排采规律以及不同初始含水饱和度、不同CO_(2)注入条件对CH_(4)产量、CO_(2)储存和储层渗透率的影响,构建了竞争吸附、温度变化、煤体变形以及水运移的流−固−热耦合模型,通过与现场数据、已有试验以及现有模型的数值解结果,对比证明了模型有较高的准确性并对模型的优势做出具体阐述,随后利用COMSOL开展了CO_(2)−ECBM数值模拟。结果表明:注CO_(2)可以提升CH_(4)产气速率和产气量,这表明了注CO_(2)增产的可行性。随着CO_(2)持续注入,储层CH_(4)浓度降低,CO_(2)浓度升高,注气井附近温度升高,生产井附近温度降低且从注气井到生产井的温度缓慢下降;注气抽采期间,水相相对渗透率逐渐减小,气相相对渗透率逐渐增大。由于有效应力、基质收缩/膨胀共同作用,储层渗透率呈现“降低—升高—降低”的趋势;煤层初始含水饱和度越大,CH_(4)产量越低,渗透率下降幅度越小。累计CH_(4)产量最大下降15.19%,忽略煤层中水的影响会高估CH_(4)产量,在进行数值模拟时要考虑煤层水的影响;CO_(2)注入温度与注入压力越大,CH_(4)产量越大,渗透率下降幅度越大。累计CH_(4)产量分别增加13.27%、39.77%,渗透率分别下降20.4%、46.14%,提高CO_(2)注入温度和注入压力有利于提高CH_(4)产量。

关键词：煤层气增产流−固−热耦合模型气−水两相流含水饱和度注入温度注入压力渗透率 CO_(2)封存

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柿庄北地区煤层气增产技术改造方案

煤矿安全 2017年第7期48卷 82-84,88页

作者：赵淑霞王万梁中铝矿业有限公司河南郑州450041

沁水盆地蕴藏着丰富的煤层气资源,一直以来是我国煤层气开采的重点区域,也是科技投入较高、研究力度较大的地区之一。沁水盆地柿庄北地区的X2井,因其受压裂影响造成开采井被污染,产量相对较低。针对开采煤层气中出现的问题,经过大量科... 详细信息

沁水盆地蕴藏着丰富的煤层气资源,一直以来是我国煤层气开采的重点区域,也是科技投入较高、研究力度较大的地区之一。沁水盆地柿庄北地区的X2井,因其受压裂影响造成开采井被污染,产量相对较低。针对开采煤层气中出现的问题,经过大量科学论证,创造性提出借鉴石油行业生产工艺作为煤层气增产技术手段。结果表明,对X2井采用水力喷射径向钻孔技术后,煤层气产量出现明显的上升,由200 m^3/d增加到2 400 m^3/d,达到了预想的增产效果。

关键词：煤层气煤层气增产水力喷射径向钻孔技术煤产区试验改造方案

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郑庄区块煤层气低产井增产技术研究

石油钻采工艺 2017年第4期39卷 491-494页

作者：赵武鹏刘春春申兴伟彭鹤霍洪涛中国石油华北油田山西煤层气分公司

山西沁水盆地郑庄区块经过多年开发,目前已初具规模。但是随着排采持续进行,部分生产井产量已经呈现明显下滑的态势。针对低产原因,从地质构造(断层、陷落柱)以及工程施工(压裂液、压裂参数)2个方面对排采井低产原因进行深入分析,提出... 详细信息

山西沁水盆地郑庄区块经过多年开发,目前已初具规模。但是随着排采持续进行,部分生产井产量已经呈现明显下滑的态势。针对低产原因,从地质构造(断层、陷落柱)以及工程施工(压裂液、压裂参数)2个方面对排采井低产原因进行深入分析,提出现场施工采用活性水压裂液以及采用变排量施工工艺,尤其针对埋深大、渗透率极低的低产井提出"大液量、大砂量、变排量"压裂工艺,确保储层改造达到预期的效果。由于煤层堵塞导致生产井产量下降,建议采用解堵性二次水力压裂改造措施,并且在郑庄区块首次实施微生物解堵的实验性措施,探索了该技术在郑庄区块低产井治理中的有效性。

关键词：郑庄区块煤层气增产地质构造工程施工变排量微生物解堵

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煤层气注N2增产工艺参数优化研究

煤层气注N2增产工艺参数优化研究

作者：白蕊西安石油大学

学位级别：硕士

我国煤田地质条件复杂,煤层的渗透率较低,开采难度大。注N驱是提高煤层气采收率的主要方法之一,而目前国内关于间歇注N提高煤层气单井产量的研究相对较少。本文通过文献调研研究了煤层气生成、赋存和运移,注N驱替CH机理,进行了连续和间... 详细信息

我国煤田地质条件复杂,煤层的渗透率较低,开采难度大。注N驱是提高煤层气采收率的主要方法之一,而目前国内关于间歇注N提高煤层气单井产量的研究相对较少。本文通过文献调研研究了煤层气生成、赋存和运移,注N驱替CH机理,进行了连续和间歇注N驱替CH的室内实验,并以此为基础建立了相应的数学模型,运用有限元方法模拟了不同注气压力、注气速度、段塞量、间歇时间条件下注N驱替CH过程,并对主要工艺参数进行了优化。室内实验结果表明,当压力由2.5MPa增大到4.5MPa时,驱替效率由80.75%提升到85.45%;当注气速度由400ml/min加快到800ml/min时,驱替效率由49.67%提升到52.21%;当段塞量由12L增加到38L时,驱替效率由75.24%提升到76.89%;当间歇时间由1h加长到3h时,驱替效率由76.03%降低到72.55%。数值模拟首先通过对室内实验过程中的注气压力、注气速度、段塞量和间歇时间进行了模拟,验证了该模型的准确性;其次设定不同的压力、速度、段塞量和间歇时间,预测了不同条件对驱替效率的影响,结果表明,相同条件下,当压力大于10MPa时,驱替效率趋于稳定为87%,当注气速度大于2200ml/min时,驱替效率趋于稳定为54%,当段塞量为38L时,驱替效率最大为73.51%,当间歇时间为1h时,驱替效率最大为73.47%,从而确定出煤层气注N增产的最优工艺参数。本文的研究结果对于注N提高煤层气单井产量的现场试验具有一定的指导作用。

关键词：煤层气增产注N2 工艺参数优化

沁水盆地樊庄区块煤层气降压抽采增产技术研究

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沁水盆地樊庄区块煤层气降压抽采增产技术研究

作者：赵磊中国矿业大学

学位级别：硕士

沁水盆地大部分单井已进入稳产期,随着不断开发,部分井产量下降,逐渐进入衰退期。由于煤层气开发区域内同时也在进行煤炭开采,随着采煤的持续进行,煤层气井受煤矿采掘的影响进一步加深,产气量也将大幅度降低。针对这一问题,本文以沁水... 详细信息

沁水盆地大部分单井已进入稳产期,随着不断开发,部分井产量下降,逐渐进入衰退期。由于煤层气开发区域内同时也在进行煤炭开采,随着采煤的持续进行,煤层气井受煤矿采掘的影响进一步加深,产气量也将大幅度降低。针对这一问题,本文以沁水盆地南部煤层气田樊庄区块为研究对象,采用负压及微正压抽排两种方法,对樊庄区块煤层气井进行现场试验研究,从地质及设备两个角度分析了降压抽采技术的适用性,取得了如下主要认识:(1)研究区的煤属于无烟煤,煤岩类型以半亮和半暗型煤为主,暗淡型煤次之,煤岩显微组份以镜质组为主(占58%～82%)。3#煤层含气量整体较高,15#煤含气量高值区集中在南部;3#和15#煤储层属于低孔低渗储层,储层物性较差。(2)煤储层内的压力扩展是以压降漏斗的形式向远处传播,通过降低井底流压,可以增大压降传播范围。煤矿采掘扰动,会大幅改善煤层渗透率,使煤层气开发易形成高产,但距离采掘区过近时,地面煤层气井会出现倒吸现象,可能造成产气量下降。(3)明确了降压抽采技术的地质适应性,对煤矿影响范围内100-150m、构造平缓区、含气量高及渗透性好的区域内的井最为适用。对受系统管压过高影响的非煤矿影响井,需要根据实际情况优化运行参数;对于部分高采出程度区域内的井(采出程度>70%),适用性较差。(4)评价了降压抽采技术的设备适应性,水环抽排泵存在震动大、机械密封差等工艺问题;撬装式压缩机故障率低,便于拆装和运输,更适用于沁水盆地煤层气降压排采。本文的研究认识对受煤矿采掘影响区域的煤层气井提高产气量有一定的指导意义,揭示了排采时压力在煤储层中的传导规律及煤矿采掘对压力传播规律的影响,分析了降压抽采技术的地质与设备适应性,形成了一种针对煤矿影响井的降压抽采方法。

关键词：煤层气增产降压抽采采煤影响技术优化樊庄区块

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微生物提高煤层气产量模拟实验研究

煤田地质与勘探 2016年第4期44卷 64-68页

作者：陈浩李贵中陈振宏庚勐邓泽张辉中国石油勘探开发研究院廊坊分院河北廊坊065007 农业部沼气科学研究所四川成都610041

为解决微生物对煤层产气量的影响,通过对不同煤阶煤岩进行生物气模拟实验发现,在实验室条件下煤中微生物能利用自身物质进行生物产气。通过设置不同温度实验发现,在35℃条件下产气量要大于15℃时的产气量,说明35℃的温度更适合微生物利... 详细信息

为解决微生物对煤层产气量的影响,通过对不同煤阶煤岩进行生物气模拟实验发现,在实验室条件下煤中微生物能利用自身物质进行生物产气。通过设置不同温度实验发现,在35℃条件下产气量要大于15℃时的产气量,说明35℃的温度更适合微生物利用煤样产气。在进行定量实验后发现,在添加外源营养物质或外源菌类的条件下能提高煤的产气量。在添加外源菌种的条件下,增产比例可达115%,而通过添加营养物质增产比例可达144%。

关键词：煤层气产甲烷菌生物气煤层气增产

基于煤储层三维非均质地质模型的CO_(2)-ECBM数值模拟研究

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煤炭学报 2023年第7期48卷 2773-2790页

作者：刘旭东桑树勋周效志刘世奇韩思杰王梓良张守仁吴见张兵中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室江苏徐州221008 中国矿业大学碳中和研究院江苏徐州221008 中国矿业大学江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室江苏徐州221008 中联煤层气有限责任公司北京100015

CO_(2)驱煤层气地质封存(CO_(2)-ECBM)强化煤层气开发、实现煤层气井增产的同时,将CO_(2)封存到深部煤层中,该技术极具发展前景。依托示范工程,基于地质建模开展数值模拟研究,仍是技术研发的重要路径。基于对角点地质模型和COMSOL Multi... 详细信息

CO_(2)驱煤层气地质封存(CO_(2)-ECBM)强化煤层气开发、实现煤层气井增产的同时,将CO_(2)封存到深部煤层中,该技术极具发展前景。依托示范工程,基于地质建模开展数值模拟研究,仍是技术研发的重要路径。基于对角点地质模型和COMSOL Multiphysics地质建模能力的分析,利用拆分-重构法在COMSOL Multiphysics内建立了能有效描述沁水盆地柿庄南区块3号煤储层的三维空间展布和含气量、吸附时间、孔隙度、渗透率、弹性模量、泊松比非均质分布的地质模型。在此基础上,结合吸附-渗流-温度-应力-化学(AHTMC)多场耦合数学模型开展了控压注气方式的CO_(2)-ECBM数值模拟工作,分析了CO_(2)注入压力对CH_(4)增产、CO_(2)封存及煤储层地球化学环境的影响,提出了同时关井、序贯关井2种关井方式和省时提效、CH_(4)增产、CO_(2)封存以及3者综合兼顾4种CO_(2)-ECBM工程目标,优化了2种关井方式、分别实现4种工程目标场景下的CO_(2)注入压力。研究结果表明:(1)在15 a工期、5.5~9.5 MPa注气压力情况下,随着注入井CO_(2)注气压力的增加,生产井CH_(4)增产率、煤储层CO_(2)封存量均增加,最大可分别达14.39%和8.31×107 m3,含酸性裂隙水的煤储层区域扩大,受CO_(2)从生产井大量产出的影响,储层CO_(2)封存率降低,但保持在95%以上;(2)煤储层非均质性对煤层气井生产影响很大,煤层气井周围煤储层CH_(4)含气量越高、孔隙度和渗透率越大,CH_(4)增产效果越显著,周围煤储层吸附CO_(2)能力越强,CO_(2)产出速度越小;(3)同时关井和序贯关井方式下,CO_(2)注气压力对生产井组产出气CO_(2)体积分数和CH_(4)产气速度变化有显著影响,CO_(2)-ECBM工程结束时煤储层CH_(4)采收率随注气压力增加而降低,3.50、6.50、9.50 MPa的注气压力下分别为33.28%、18.90%、12.81%和41.63%、29.03%、23.01%;(4)以省时提效、CH_(4)增产、CO_(2)封存及3者综合兼顾为工程目标的CO_(2)最优注入压力在同时关井时分别为8.05、3.50、6.35和6.25 MPa,在序贯关井时分别9.50、9.50、3.50和9.50 MPa;(5)相较于同时关井,序贯关井在采用最优CO_(2)注气压力时能够通过延长工程时间获得较好的CH_(4)增产和CO_(2)封存效果。

关键词： CO_(2)驱煤层气地质封存三维非均质地质模型煤层气增产 CO_(2)封存注入工艺优化

基于煤储层三维非均质地质模型的CO-ECBM数值模拟研究

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煤炭学报 2023年

作者：刘旭东桑树勋周效志刘世奇韩思杰王梓良张守仁吴见张兵中联煤层气有限责任公司中国矿业大学碳中和研究院中国矿业大学资源与地球科学学院中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室中国矿业大学江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室

CO2驱煤层气地质封存(CO2-ECBM)强化煤层气开发、实现煤层气井增产的同时，将CO2封存到深部煤层中，该技术极具发展前景。依托示范工程，基于地质建模开展数值模拟研究，仍是技术研发的重要路径。基于对角点地质模型和COMSOL Multiphys... 详细信息

CO2驱煤层气地质封存(CO2-ECBM)强化煤层气开发、实现煤层气井增产的同时，将CO2封存到深部煤层中，该技术极具发展前景。依托示范工程，基于地质建模开展数值模拟研究，仍是技术研发的重要路径。基于对角点地质模型和COMSOL Multiphysics地质建模能力的分析，利用拆分-重构法在COMSOL Multiphysics内建立了能有效描述沁水盆地柿庄南区块3#煤储层的三维空间展布和含气量、吸附时间、孔隙度、渗透率、弹性模量、泊松比非均质分布的地质模型。在此基础上，结合吸附-渗流-温度-应力-化学(AHTMC)多场耦合数学模型开展了控压注气方式的CO2-ECBM数值模拟工作，分析了CO2注入压力对CH4增产、CO2封存及煤储层地球化学环境的影响，提出了同时关井、序贯关井两种关井方式和省时提效、CH4增产、CO2封存以及三者综合兼顾4种CO2-ECBM工程目标，优化了2种关井方式、分别实现4种工程目标场景下的CO2注入压力。研究结果表明：①在15年工期、5.5～9.5 MPa注气压力情况下，随着注入井CO2注气压力的增加，生产井CH4增产率、煤储层CO2封存量均增加，最大可分别达14.39%和8.31×107m3，含酸性裂隙水的煤储层区域扩大，受CO2从生产井大量产出的影响，储层CO2封存率降低，但保持在95%以上；②煤储层非均质性对煤层气井生产影响很大，煤层气井周围煤储层CH4含气量越高、孔隙度和渗透率越大，CH4增产效果越显著，周围煤储层吸附CO2能力越强，CO2产出速度越小；③同时关井和序贯关井方式下，CO2注气压力对生产井组产出气CO2浓度和CH4产气速度变化有显著影响，CO2-ECBM工程结束时煤储层CH4采收率随注气压力增加而降低，3.50、6.50、9.50 MPa的注气压力下分别为33.28%、18.90%、12.81%和41.63%、29.03%、23.01%；④以省时提效、CH4增产、CO2封存及三者综合兼顾为工程目标的CO2最优注入压力在同时关井时分别为8.05、3.50、6.35和6.25 MPa，在序贯关井时分别9.50、9.50、3.50和9.50 MPa；⑤相较于同时关井，序贯关井在采用最优CO2注气压力时能够通过延长工程时间获得较好的CH4增产和CO2封存效果。

关键词： CO 驱煤层气地质封存三维非均质地质模型数值模拟煤层气增产 CO 封存注入工艺优化