低渗透储层煤层气注热开采能量迁移机理研究

Low permeability reservoir of coalbed methane thermal mining is one of effective ways to increase production of coalbed methane in the future.After energy into low permeability of coal reservoirs,the transfer and conversion law ofcoal rock - gas - water systemdecides low permeability reservoir of coalbed methane thermal efficient economic exploitation of mining.For low permeability reservoir of coal bed methane mining thermal energy transfer and conversion rule, using CT experiment device for mesoscopic characteristic model of coal and rock porosity change with temperature .Using the infiltration temperature stress desorption experiment device for temperature stress of coal rock permeability theory model.Developing three axial stress of coalbed methane desorption temperature calorimetric experimental device, measuringcoalbed methane desorption quantity and desorption under different combination conditions of temperature, thermal stress,establishingdynamic model between desorption heat and desorption quantity.For low permeability reservoir of coalbed methane adsorption heat energy transfer and transformation rule, establishing the coalrock - gas - water seepage mathematical model of heat transfer for energy transfer and conversion rules, revealing the thermal energy transfer mechanism of low permeability of coal bed methane mining.Establishingenergy economic evaluation theory model of coal bed methane mining thermal of low permeability reservoir, developing finite element program, processing numerical simulation on the project example.Raising the optimization of low permeability reservoir of coalbed methane thermal heat injection parameters and process from the perspective of energy economy and settling theory basis for low permeability reservoir of coal bed methane thermalmining technology.

低渗透储层煤层气注热开采是未来煤层气有效增产途径之一，能量注入低渗透煤储层后在煤岩-气-水体系的传递与转换规律决定低渗透储层煤层气注热开采的高效经济开采。为获得低渗透储层煤层气注热开采能量传递与转换规律，采用CT实验装置获取煤岩孔隙率随温度变化的细观特征模型；采用温控应力解吸渗透实验装置获取温度应力作用煤岩渗透率理论模型；研制温控三轴应力煤层气解吸量热实验装置，测定不同温度、应力组合条件下煤层气解吸量及解吸热，建立解吸热与解吸量之间动态理论模型；探寻低渗透储层吸附煤层气吸热后能量传递与转化规律，建立煤岩-气-水渗流换热数学模型，获取能量传递与转换规律，揭示低渗透煤层气注热开采能量迁移机理；建立低渗透储层煤层气注热开采能量经济性评价理论模型，开发有限元程序，进行工程实例数值模拟，从能量经济角度提出低渗透储层煤层气注热开采注热参数及工艺优化方案，为低渗透储层煤层气注热开采技术奠定理论基础。

为获取低渗透储层煤层气注热开采技术的高效经济开采方案，从热力学、传热学和渗流力学相结合的角度研究了热量注入低渗透煤储层后在煤岩-气-水体系的传递与转换规律。本项目首先采用SEM实验装置和CT实验装置定性定量获取了煤岩孔隙率随温度变化的细观特征模型，结果显示煤体孔隙率随温度的增加呈指数增长；采用温控三轴应力解吸渗透实验装置获取了不同温度应力作用下煤岩渗透率理论模型，结果显示煤体渗透率存在一个转折区，低应力区，随温度升高，煤体渗透率逐渐增大，在高应力区，随温度升高，煤体渗透率减小；研制了温控三轴应力煤层气解吸量热实验设备，实测了低渗透储层煤层气解吸量、解吸热，建立了解吸热随解吸量之间动态理论模型并进行了修正，结果显示煤层气解吸热量与解吸量符合指数函数关系；根据弹性力学、渗流力学、传热学建立了煤岩、解吸/游离气体、煤层水分渗流换热数学模型，结合实验所得模型，利用有限元软件进行了有限元求解，获取了低渗透储层吸附煤层气吸热后热能转化规律，揭示了低渗透储层煤层气能量迁移和变化机理。从热力学角度建立了热效率和能量开采效率的热经济性评价模型，针对不同注热温度、布井方案进行了数值模拟和优化研究，采用有限元法，定性和定量获取了热经济性评价指标随注热温度、井间距离、注采方案的变化规律。结果显示随注热时间增加，煤层吸热量呈现为先缓慢增加，后快速增加，最终达到一个稳定值，吸附气体吸热量表现为先快速增加，后骤降，再缓慢升高的趋势；煤层气解吸热量表现为先缓慢增加，后快速增加，最终趋于稳定；提高注入温度、增大井间距，可以强化煤储层内传热效果，提高煤层气累积产气量。在热经济性评价中发现不同的布井方式、井间距、注热温度对煤层气注热开采过程的热经济性评均有直接影响，综合经济性，节能性等方面考虑，获得最优化布井、井间距以及注热温度的方案。项目研究结果可为低渗透储层煤层气注热高效经济开采技术提供理论基础和技术方案参考。