基于CT的低渗透煤层气注蒸汽运移采出机理研究

为从微宏观角度揭示低渗透煤层气注蒸汽运移采出机理，提出合理低渗透煤层气注蒸汽开采技术原理和工艺参数。利用CT试验系统进行不同温度、不同应力条件下煤岩体孔裂隙细观特征实验，建立不同温度、不同应力作用下低渗透煤储层细观特征理论模型；在实验室自制注蒸汽三轴渗透仪，进行蒸汽注入煤体后，不同温度、不同压力条件下煤层气吸附/解吸、扩散/渗流实验，得到注蒸汽条件下煤储层渗透率、吸附/解吸及扩散/渗流变化规律，建立注蒸气条件下煤储层渗透率理论模型，煤岩体基质微孔系统吸附/解吸理论模型，煤岩体裂隙系统扩散/渗流理论模型。在以上实验基础上，从微宏观角度揭示低渗透煤层气注蒸汽运移采出机理，建立煤层作为孔裂隙双重介质模型的热采煤层气藏多物理场耦合理论模型，应用理论模型针对不同工艺参数进行数值模拟及参数优化研究，提出合理的低渗透煤层气注蒸汽开采技术方案，为解决低渗透煤层气抽采技术难题提供理论指导和技术支撑。

通过向煤层注热提高低渗透煤层气解吸渗流产量是学术界普遍认同的未来煤层气增产方法之一，从微宏观角度全面揭示低渗透煤层气注热增产机理是非常必要而有意义的。项目通过研制实验设备、实验室实验、实验数据统计分析、理论分析和数值模拟等手段，研究了温度影响下煤层气赋存运移变化规律、建立了煤体孔隙率随温度变化理论模型、理论分析和完善了热采煤层气热-固-流耦合机制，建立了评价热采煤层气热经济性理论模型，进行了煤层气工业注热开采工艺的探讨，从微宏观角度揭示了煤层气注热增产机理。项目主要研究成果如下：1、发明并研制了一种蒸汽及电加热两用三轴解吸渗透实验装置，进行了不同温度、应力条件下煤层气渗透率、解吸渗流实验以及煤层注蒸汽条件下煤层气解吸渗流实验。得到渗透率随温度、应力的变化关系式 。升温过程时煤体解吸渗流量与气体压力关系符合langmuir变化规律，其中解吸系数b在低应力下变化更为显著。实验结果证明，对煤层先卸压再注热的方式更有利于煤层气渗流量的增加；2、利用CT扫描技术获得了煤体孔裂隙微观结构在不同加热温度条件下的变化规律及理论特征模型，孔隙率与温度的关系可用指数线性增加函数表示 ；3根据实验结果从微宏观角度全面揭示了注热开采煤层气增产机理，煤层气吸热后，气体分子动能增加，活性增强，大量从煤基质表面解吸出来，煤层气浓度增加，在浓度梯度作用下，更多的煤层气体通过基岩和孔隙向外扩散至裂隙，在裂隙中由于气体浓度增加，压力梯度增加，同时由于煤层受热导致孔隙率增加、渗流通道及渗流面积增加，最终大幅度提升煤层气体渗流产量；4、采用实验结果、理论分析完善了低渗透煤层气注热开采热-固-流耦合数学模型及耦合关系，为定性定量分析煤层气注热开采运移产出规律、产量预测及工艺方案优化提供研究方法和手段；5、建立低渗透煤层注热开采热经济性模型并进行了数值模拟。项目研究成果为低渗透煤层注热开采煤层气的应用及工艺方案提供了可靠的理论依据和技术支持。项目已培养硕士研究生2名，发表论文18篇，申请发明专利3项，授权1项，6人次参加各类国际、国内会议。项目基本达到预期目的，但存在一定的问题需进一步研究和探讨。