红外加热开采低渗透煤层煤层气机理的研究

Coal bed methane (CBM) is natural gas stored in coal seam, which is an important clean energy and high-quality industrial chemicals. The reserves of CBM are abundant in China, but permeability of many coal seams is low. It is difficult and inefficient to drainage gas. The project takes comprehensive research methods combined by field observation, experimental study, theoretical analysis, numerical simulation and field application. Increase the inter temperature of coal bed by infrared heating and research the variation of CBM’s mechanics parameters and osmotic characteristics under different confining pressure, axial compression and pore pressure. It shows that the mechanism of increasing the drainage rate of low permeability coal seam by infrared heating. And establish theory and mathematical model of thermal recovery low-permeability CBM which considers the coal bed as double-medium model. Develop numerical simulation software and numerically simulate the extraction process of CBM by infrared heating to make certain of the different technical principle of thermal CBM extraction. Then determine the process parameters of thermal recovery low-permeability CBM and provide theoretical guidance and technical support for solving the problem of low-permeability coal seam gas drainage.

煤层气是赋存于煤层中的天然气，是重要的洁净能源和优质的化工原料。我国煤层气储量丰富，但我国煤层绝大多数为低渗透煤层，井下瓦斯抽放困难，抽放率很低。本项目采取现场考察、实验研究、理论分析、数值模拟和现场应用相结合的综合性研究方法。通过红外加热方式提高煤层内部温度，研究不同围压、轴压、孔隙压力下，煤与煤层气受红外加热后力学参数和解吸渗透特性变化规律，揭示红外加热煤层提高低渗透煤层中煤层气采出速率的机理，并通过确定煤和煤层气受红外电磁波热辐射关键参数变化规律，研究热对煤和煤层气的相变作用，建立起将煤层视为双重介质模型的红外加热开采低渗透煤层煤层气藏的理论和数学模型；编制有限元模拟软件对低渗透煤层煤层气红外加热开采过程进行数值模拟研究，了解红外加热开采低渗透煤层气藏的技术原理，确定红外加热开采低渗透煤层煤层气的工艺参数和优化方案，为解决低渗透率瓦斯煤层抽放的技术难题提供理论指导和技术支撑。

煤层气作为煤的伴生矿产资源，是一种洁净、优质能源和化工原料，属非常规天然气。中国煤层气储量丰富，但由于赋存条件差，储层特征表现为低压、低渗、低饱和度，煤层气解吸及运移困难，导致目前大多数煤层气井气体产出量低，开采过程中产量衰减快。为了提高煤层气的开采效率，增加煤层气的产出量，课题组以当前理论和技术为基础，提出了一种煤层气增产新技术—利用远红外辐射作用开采低渗透煤层气。项目通过现场考察、实验分析、理论分析和数值模拟等手段，对红外加热开采低渗透煤层煤层气的机理进行研究，揭示红外加热煤层能够诱使煤层促解增透，进而提高低渗透煤层中煤层气采出速率的机理。项目主要研究成果如下：自制了红外加热解吸渗透装置，进行了不同围压、轴压、孔隙压力下，煤与煤层气受红外加热后力学参数和渗透特性实验。实验证明，红外加热有利于煤层气渗流量的增加；基于SEM和EDS系统对煤岩体受应力场、温度场作用后破坏破碎全过程进行内部观测试验，得到煤岩基本参数与环境参数关系；得到了热对煤的相变作用、孔隙变化规律和介电常数特征；通过分析红外加热煤体和煤层气自身性质的改变规律，建立起红外加热开采低渗透煤层气藏的双重介质理论和数学模型；利用有限元数值模拟软件对红外加热开采煤层气过程进行数值模拟研究，在单井热力开采煤层气基础上，研究多井开采煤层气条件下，井间干扰多煤层气渗流规律的影响；编制了红外加热开采煤层气藏的程序软件；总结低渗透煤层气在不同形式红外加热作用下演化规律，揭示红外加热开采低渗透煤层气的机理，红外加热开采低渗透煤层气藏的技术原理，确定红外加热开采低渗透煤层煤层气的工艺参数和优化方案，这些成果的取得为解决低渗透率煤层煤层气抽放的技术难题提供基础理论支持。