CO_2驱煤层气中煤层膨胀对套管稳定性的影响

随着中国经济的快速发展,能源供需矛盾日益突出,由于过度依赖化石能源,大量排放CO2,致使面临的环境压力越来越大。CO2驱煤层气(CO2 enhanced coal-bed methane)技术可同时增产煤层气和大规模减排CO2,在我国具有良好应用前景,但应用该技术在注采生产过程中因煤层吸附CO2产生的膨胀效应对套管稳定性的影响尚未引起重视。通过建立考虑CO2煤岩吸附膨胀效应的套管-充填材料-煤岩平面应变模型计算的套管应力和变形理论解与ABAQUS数值模拟结果具有良好的一致性,并分析了CO2吸附膨胀条件下套管应力的影响因素。分析结果表明,膨胀对套管应力和变形具有显著影响。在给定CO2吸附浓度和套管内径条件下,套管和充填材料的壁厚、充填材料和煤岩的力学参数是影响套管应力的主要因素,可通过增加套管或(和)充填材料壁厚以及改变充填材料力学参数来降低套管应力。开发超低弹模和较大泊松比的充填材料是降低套管应力的有效途径。

注CO_2驱替煤层气过程中煤基质膨胀应变的测量方法

对注CO2驱替煤层气过程中煤基质膨胀应变的测量方法的现状与进展进行了综述。煤基质膨胀应变的测量方法主要有应力法与光学法,但要根据煤样是否处于约束条件下来做最佳选择。其中光学法是新近发展起来的一种非接触式测量方法。最后认为光学法应成为今后煤在超临界CO2中的膨胀应变的主要测量方法。

沁水盆地CO_2地质封存及驱替煤层气选区数值模拟研究

以山西省沁南盆地深部煤层为研究对象,结合研究区周边地质资料、深部钻井数据,利用Eclipse软件对该区域CO_2地质封存及驱替煤层气(CO_2-ECBM)过程进行数值模拟及相关研究。结果表明,该研究区适合开展CO_2-ECBM相关工作的优选区为Q-2,其模拟所得煤层气的产气量、CO_2封存量数据均优于区内其他区域。同时研究结果也揭示了深部煤储层渗透率的改善,是将来CO_2封存和ECBM取得理想效果的关键。

CO_2相变致裂本煤层增透技术研究

研究液态CO_2相变特征和煤体对气相CO_2和CH_4的吸附规律,在不同煤质、温度和平衡压力条件下,实验得出在无烟煤和焦煤的煤体中CO_2竞相吸附的能力是CH4的1.8~2.4倍。研究发现,液态CO_2在0.2 s内完成相变过程,体积瞬间膨胀至794倍。通过理论研究建立了采用不耦合致裂条件下的爆破孔初始冲击压力峰值、裂隙圈有效半径和爆破致裂钻孔孔径3个主要爆破参数变量的数学模型。采用液态CO_2瞬间相变出口压力为200MPa的致裂器,进行致裂爆破本煤层增透现场实验研究,研究得出距离致裂爆破孔2m和3m的控制孔在爆破后单孔瓦斯抽采纯量提高至6倍和4倍,单孔瓦斯抽采浓度提高至5倍和4倍,单孔瓦斯抽采浓度保持在35%~55%,而距离致裂爆破孔4m的控制孔在爆破5d后瓦斯抽采效果衰减至爆破前的水平。现场试验得出初始冲击压力峰值200MPa和钻孔孔径0.094m时,本煤层致裂爆破裂隙圈有效半径为3m。