基于超声和CT技术的低渗透储层煤层气运移采出机理研究

以低渗透储层煤样为研究对象，采用物理激励中的超声波技术来促进煤层气的解吸、扩散和渗流，期望找到避免储层地质条件、环境因素和复杂应力状态影响并具有普遍应用价值的煤层气激励开采技术。利用计算机层析（CT）探测技术进行以获得超声作用下煤层气解吸、扩散和渗流过程的介质细观结构变化和微裂隙发展规律为主要目的的实验研究。建立超声作用下煤层气在低渗透储层中吸附/解吸、扩散/渗流的理论模型。探析超声作用下低渗透储层微裂隙扩展情况；煤层气吸附/解吸、扩散/渗流机理及储层固体骨架变形和气体运移流固耦合关系。利用有限元技术实现超声作用下煤层气吸附/解吸、扩散/渗流的模拟研究。将有关结论应用于低渗透储层煤层气开发中，革新低渗透储层煤层气开采技术，为低渗透储层煤层气大规模开采和采收率提高提供服务，为发展我国煤层气开采技术和促进我国煤层气商业化进程服务。

为了找到避免储层地质条件、环境因素和复杂应力状态影响并具有普遍应用价值的煤储层超声激励开采技术。成功设计并研制了超声波激励低渗煤岩装置，通过CT微观观测试验，发现了超声机械及热效应导致的储层裂隙萌生、扩展和贯通规律，在功率超声的机械和热效应作用下，裂纹条数增多、裂隙宽度显著增大，形成了新的裂隙网络结构，煤岩具备了良好的贯通特性。利用宏观物理实验，得到了功率超声作用煤岩后，储层中煤层气吸附/解吸和渗流/运移规律，建立了超声影响吸附/解吸理论及渗透率理论模型。提出了超声声强关键参数与声压之间的换算关系，确定了声场影响的低渗煤层渗透率变化的关键参数，分析了功率超声损伤-机械震碎-热效应耦合的增透机理，改进了滑脱流动的不同开采条件下煤层甲烷渗流控制模型，深入研究了超声激励下煤岩变形破裂全过程煤层气吸附解吸规律。利用数值计算手段，给出了功率超声致裂煤岩增采煤层气技术参数选择和计算方法，从煤岩体破裂过程声发射能量变化、功率超声有效声压变化及煤岩固体介质中超声波传播等方面，深入分析了超声机械效应致裂煤岩规律及煤层气增透促解机理；初步设计了应用于回采工作面上的超声促解增渗作用提高低渗储层煤层气增采方案，验证了工作面上对向布置超声探头增采的可行性。研究工作对革新低渗透储层煤层气开采技术，实现低渗透储层煤层气大规模开采，促进我国煤层气商业化进程等方面具有较重要的理论和实际意义。