煤层气原位注热开采的数值模拟研究及工程实践

• Published in: 煤炭学报 Vol. 48; no. 12; pp. 4473 - 4486
• Main Authors: 胡林杰, 冯增朝, 周动, 王幸, 石建行, 沈永星, 赵东
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室,山西太原 030024%太原理工大学安全工程与应急管理学院,山西太原 030024 01.12.2023
• Subjects: 水-气-热-固耦合模型; water-gas-heat-solid coupling model; CBM mining; in-situ heat injection test; water-gas two phase migra-tion; 原位注热试验; 水-气两相运移; 煤层气开采
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2023.0457

P618.11; 煤层的低渗透性和甲烷的强吸附特征是制约煤层气开采的关键性问题,如何快速高效开采煤层气是目前煤层气开采研究中的重要课题.首先基于构建的水-气-热-固耦合数学模型,建立了煤层气注热开采的物理模型并验证了模型的正确性,然后从水气运移角度分析了注热方法的产气规律,最后在煤矿井下进行了现场注热试验.数值模拟结果表明:煤层气注热开采过程中水气运移遵循"前期排水,后期采气"的变化规律.煤层中的水对甲烷的解吸和运移产生了重要的影响.注热过程中水占据了甲烷的运移通道,水对甲烷的抑制作用大于温度的促进作用;注热后的抽采过程中,高温促进了甲烷的解吸,解除了水对甲烷的抑制作用,使煤层气的产量大幅度提高.通过现场注热试验,已经形成了2种成熟的井下注热强化煤层气开采方法,即间歇注热方法和交替注热方法.2种注热方法具有相似的产气规律,即注热阶段的日产气量和甲烷体积分数一般比较低,而注热后抽采阶段的日产气量和甲烷体积分数均大幅度提高.现场注热试验结果表明,与传统的负压抽采方法相比,间歇注热方法可以使甲烷的体积分数和日产气量分别提高10倍和100倍以上,交替注热方法可以使甲烷的体积分数和日产气量分别提高10倍和50倍以上.现场注热试验结果与数值模拟结果共同表明,注热强化煤层气抽采的效果显著,注热后抽采阶段是煤层气的高产时间段.