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作者
张贺龙 刘世奇 田钰琛 王文楷
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单位
中国矿业大学资源与地球科学学院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中国矿业大学碳中和研究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淮南矿业（集团）有限责任公司平安煤炭开采工程技术研究院有限责任公司安徽省煤矿绿色低碳发展工程研究中心
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摘要
CO2驱煤层气封存(CO2-ECBM)是重要的CO2地质利用与地质封存方式，并有望破解以淮南煤田为代表的松软、低渗、难抽采煤层煤层气开发效果差、产量衰减快等难题，提高煤层气产量和采收率。CO2注入煤层与煤中无机矿物的地球化学作用可导致煤层孔裂隙结构和渗透性的变化，对煤层CO2封存能力和煤层气增产效果具有显著影响。为此，考虑有效应力、温度及地球化学效应影响下的CO2与CH4竞争吸附、扩散与渗流作用、CO2-水-煤地球化学作用及其影响的煤层孔隙度与渗透率动态演化特征，建立了CO2注入煤储层渗流场-应力场-温度场-化学场（THMC，Thermo-Hydro-Mechanical-Chemical）全耦合数学模型，开展了淮南煤田CO2-ECBM工程数值模拟研究，分析了地球化学作用条件下，CO2注入煤层增产CH4效果，以及CO2注入压力、初始渗透率和含水饱和度等对CH4增产、CO2封存的影响。结果表明：数学模型与实验结果吻合度较高，CH4、CO2混合气体体积分数及产出速率平均误差范围在1%～10%；相较于未考虑地球化学作用的情况，模拟周期内CH4累计产量降低11%，CO2累计封存量提升19.8%，表明忽略CO2-水-煤地球化学作用会高估CH4增产效果和低估CO2封存量；注入压力和煤储层初始渗透率越大，CH4增产效果越显著，CO2封存量越大；而高含水饱和度对CH4增产和CO2封存产生不利影响，指示了CO2驱煤层气封存应结合储层性质，优选目标层位，并通过合理设计注入工艺最大化CH4增产和CO2封存效果；CO2-水-煤地球化学作用能够缓解CO2注入导致的储层压力升高，降低裂隙中自由态CO2含量，进而抑制应力应变效应造成的煤储层渗透率下降，促进渗透率的回升，渗透率回升幅度达2.4%～3.3%，而渗透率回升进一步促进了储层压力传导和CO2吸附、CH4解吸/扩散，从而提升CH4增产和CO2封存效果。
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关键词
煤层气增产地球化学作用注入压力渗透率含水饱和度CO2地质封存
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文章目录
0 引 言
2-ECBM全耦合数学模型'>1 CO2-ECBM全耦合数学模型
1.1 基本假设
1.2 渗流场方程
1.2.1 基质内气体运移方程
1.2.2 裂隙内流体运移方程
1.3 应力场方程
1.4 温度场方程
1.5 化学场方程
1.6 孔隙度与渗透率方程
2 模型验证
2-ECBM数值模拟'>3 CO2-ECBM数值模拟
3.1 物理模型及参数
3.2 模拟方案与边界条件
3.2.1 模拟方案
3.2.2 边界条件
2-ECBM数值模拟结果'>4 CO2-ECBM数值模拟结果
4.1 储层地球化学作用演化特征
2-ECBM的影响'>4.2 地球化学作用对CO2-ECBM的影响
2-ECBM的影响'>4.3 工程和储层参数对CO2-ECBM的影响
2注入压力对CO2-ECBM的影响'>4.3.1 CO2注入压力对CO2-ECBM的影响
2-ECBM的影响'>4.3.2 初始渗透率对CO2-ECBM的影响
2-ECBM的影响'>4.3.3 初始含水饱和度对CO2-ECBM的影响
2-ECBM的影响机制'>5 地球化学作用对CO2-ECBM的影响机制
5.1 地球化学作用下的储层压力变化
5.2 地球化学作用下的渗透率变化
6 结 论
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引用格式
张贺龙,刘世奇,田钰琛,等.CO2-水-煤地球化学作用对淮南煤田CO2驱煤层气增产效果的影响[J/OL].煤炭科学技术,1-19[2025-02-06].http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2402.TD.20250205.1523.012.html.
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