基于煤储层三维非均质地质模型的CO2-ECBM数值模拟研究

• Published in: 煤炭学报 Vol. 48; no. 7; pp. 2773 - 2790
• Main Authors: 刘旭东, 桑树勋, 周效志, 刘世奇, 韩思杰, 王梓良, 张守仁, 吴见, 张兵
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 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,江苏徐州 221008%中联煤层气有限责任公司,北京 100015 01.07.2023; 中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,江苏徐州 221008; 中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州 221116; 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,江苏徐州 221008%中国矿业大学碳中和研究院,江苏徐州 221008; 中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,江苏徐州 221008%中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州 221116; 中国矿业大学碳中和研究院,江苏徐州 221008
• Subjects: CO2 封存; CO2驱煤层气地质封存; 注入工艺优化; CO2 sequestration; injection process optimization; coalbed methane stimulation; 3D heterogeneous geological model; 煤层气增产; 三维非均质地质模型; CO2 geological sequestration-enhanced coalbed methane
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.CN23.3258

P618.11; CO2驱煤层气地质封存(CO2-ECBM)强化煤层气开发、实现煤层气井增产的同时,将CO2封存到深部煤层中,该技术极具发展前景.依托示范工程,基于地质建模开展数值模拟研究,仍是技术研发的重要路径.基于对角点地质模型和COMSOL Multiphysics地质建模能力的分析,利用拆分-重构法在COMSOL Multiphysics内建立了能有效描述沁水盆地柿庄南区块3号煤储层的三维空间展布和含气量、吸附时间、孔隙度、渗透率、弹性模量、泊松比非均质分布的地质模型.在此基础上,结合吸附-渗流-温度-应力-化学(AHTMC)多场耦合数学模型开展了控压注气方式的CO2-ECBM数值模拟工作,分析了 CO2注入压力对CH4增产、CO2封存及煤储层地球化学环境的影响,提出了同时关井、序贯关井2种关井方式和省时提效、CH4增产、CO2封存以及3者综合兼顾4种CO2-ECBM工程目标,优化了 2种关井方式、分别实现4种工程目标场景下的CO2注入压力.研究结果表明:①在15 a工期、5.5～9.5 MPa注气压力情况下,随着注入井CO2注气压力的增加,生产井CH4增产率、煤储层CO2封存量均增加,最大可分别达14.39％和8.31× 107m3,含酸性裂隙水的煤储层区域扩大,受CO2从生产井大量产出的影响,储层CO2封存率降低,但保持在95％以上;②煤储层非均质性对煤层气井生产影响很大,煤层气井周围煤储层CH4含气量越高、孔隙度和渗透率越大,CH4增产效果越显著,周围煤储层吸附CO2能力越强,CO2产出速度越小;③同时关井和序贯关井方式下,CO2注气压力对生产井组产出气CO2体积分数和CH4产气速度变化有显著影响,CO2-ECBM工程结束时煤储层CH4采收率随注气压力增加而降低,3.50、6.50、9.50 MPa 的注气压力下分别为 33.28％、18.90％、12.81％和 41.63％、29.03％、23.01％;④以省时提效、CH4增产、CO2封存及3者综合兼顾为工程目标的CO2最优注入压力在同时关井时分别为8.05、3.50、6.35和6.25MPa,在序贯关井时分别9.50、9.50、3.50和9.50MPa;⑤ 相较于同时关井,序贯关井在采用最优CO2注气压力时能够通过延长工程时间获得较好的CH4增产和CO2封存效果.