煤炭科学技术

作者：张林峰, 杨艳国, 穆永亮, 范楠, 刘康, 姚文军,

关键词：煤层气增产, 流−固−热耦合模型, 气−水两相流, 含水饱和度, 注入温度, 注入压力, 渗透率, CO₂封存,

注CO2增产煤层气技术（CO2−ECBM）可以降低温室气体排放，具有清洁能源生产和环境保护的功能。为研究气−水两相流条件下，在含水煤层中注CO2增产CH4的排采规律以及不同初始含水饱和度、不同CO2注入条件对CH4产量、CO2储存和储层渗透率的影响，构建了竞争吸附、温度变化、煤体变形以及水运移的流−固−热耦合模型，通过与现场数据、已有试验以及现有模型的数值解结果，对比证明了模型有较高的准确性并对模型的优势做出具体阐述，随后利用COMSOL开展了CO2−ECBM数值模拟。结果表明：注CO2可以提升CH4产气速率和产气量，这表明了注CO2增产的可行性。随着CO2持续注入，储层CH4浓度降低，CO2浓度升高，注气井附近温度升高，生产井附近温度降低且从注气井到生产井的温度缓慢下降；注气抽采期间，水相相对渗透率逐渐减小，气相相对渗透率逐渐增大。由于有效应力、基质收缩/膨胀共同作用，储层渗透率呈现“降低—升高—降低”的趋势；煤层初始含水饱和度越大，CH4产量越低，渗透率下降幅度越小。累计CH4产量最大下降15.19%，忽略煤层中水的影响会高估CH4产量，在进行数值模拟时要考虑煤层水的影响；CO2注入温度与注入压力越大，CH4产量越大，渗透率下降幅度越大。累计CH4产量分别增加13.27%、39.77%，渗透率分别下降20.4%、46.14%，提高CO2注入温度和注入压力有利于提高CH4产量。

来源：2024年第3期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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