不同煤岩类型在吸附-扩散差异调控下N2-CO2混合气注入增强煤层气开采的响应与注入配比优化
文献类型：期刊论文
| 作者 | 张和伟1,3; 申建1,3; 吴财芳1,3; 蔡颖2; 张政1,3; 王千1,3 |
| 刊名 | 石油学报
 |
| 出版日期 | 2025-12-15 |
| 卷号 | 46期号:12页码:2343-2357 |
| 关键词 | 混合气注入 CO2封存 竞争吸附 数值模拟 高阶煤 沁水盆地 |
| ISSN号 | 0253-2697 |
| 产权排序 | 3 |
| 英文摘要 | N2-CO2混合气注入在低产井增产改造和CO2封存方面展现出很大潜力，该过程涉及多元气体竞争吸附、多相渗流和传质换热等复杂相互作用。目前，不同煤岩类型储层对N2-CO2混合气注入增强煤层气开采（ECBM）的响应差异及其最优注入组合尚不明确。以沁水盆地南部高阶煤为研究对象，基于多尺度孔隙结构联合表征的方法，系统分析了4类煤岩的孔隙/裂隙结构特征及其对N2、CO2和CH4吸附性能的差异，探究了驱替过程中气-水、CO2-CH4的演变规律，并结合热-水-力耦合数值模拟揭示了不同煤岩类型储层在N2-CO2混合气注入ECBM工程中的差异响应过程及其机理。研究结果表明：（1）各类煤的孔隙均以微孔为主，微孔的孔隙比表面积占比高达99%,具有较大的CO2封存潜力。半暗煤和暗淡煤中的介孔和宏孔较为发育。多元气体的吸附能力整体上随镜质组含量增加而增强。光亮煤和半亮煤表现出更强的N2、CO2、CH4气体吸附能力及较大的Langmuir体积差异，意味着其竞争吸附效应更为显著。（2）驱替过程中，裂隙水和渗流孔水易于被驱出，而吸附水则需较高压力通过吸附置换排出，可驱替水量随气体压力升高呈非线性增长并趋于饱和。CO2凭借更强的吸附竞争力，在高压下可显著提升CH4的产出效率并增加CO2的封存能力，但其置换效果受控于煤岩吸附特性和渗流条件，反映了CO2注入ECBM工程中气体置换、水分运移与力学响应之间的强耦合关系。（3）数值模拟结果显示，N2-CO2混合气注入通过“远驱近替”效应促进高浓度CH4向生产井迁移。相对于纯CO2注入，混合气注入可平均提升65.08%的CH4产量和17.71%的CO2封存量。在不同煤岩类型中，半暗煤和暗淡煤储层的CH4浓度响应更剧烈、碳封存量更大，但因其扩散系数较低，CH4产量相对较低。（4）在混合气注入过程中，N2运移速度较快易导致早期突破，从而缩短生产周期。整体上，随着混合气中CO2的比例增大，N2突破时间呈先减后增的趋势，CO2占比为50%时生产周期最短。不同煤岩类型储层对CO2封存效果最优的混合气注入的CO2配比为55%～90%,主要差异体现在CH4增产效果上。综合评估显示，不同煤岩类型的最优混合气注入的CO2配比分别为：在光亮煤和半亮煤中为55%～65%、在半暗煤中为60%～70%、在暗淡煤中为65%～75%,以兼顾CH4增产与CO2封存最大化。上述成果为不同煤岩类型储层开展N2-CO2混合气注入ECBM工程实践提供了理论支撑和技术依据。 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/219551]  |
| 专题 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 通讯作者 | 申建 |
| 作者单位 | 1.中国矿业大学资源与地球科学学院; 2.中国科学院地理科学与资源研究所 3.煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室; |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张和伟,申建,吴财芳,等. 不同煤岩类型在吸附-扩散差异调控下N2-CO2混合气注入增强煤层气开采的响应与注入配比优化[J]. 石油学报,2025,46(12):2343-2357. |
| APA | 张和伟,申建,吴财芳,蔡颖,张政,&王千.(2025).不同煤岩类型在吸附-扩散差异调控下N2-CO2混合气注入增强煤层气开采的响应与注入配比优化.石油学报,46(12),2343-2357. |
| MLA | 张和伟,et al."不同煤岩类型在吸附-扩散差异调控下N2-CO2混合气注入增强煤层气开采的响应与注入配比优化".石油学报 46.12(2025):2343-2357. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。