注气驱替提高煤层气采收率实验研究

CO2驱提高煤层气开采效果注入参数的实验研究郭辉;李想;曾云;王有良;梅光远【摘要】There are the problems of low permeability, low saturation of gas and low reservoir pressure in the coal bed methane extraction of our country. Based on previous researches, we can know that CO2 has good replacement, displacement effect of coal bed gas, and can reduce carbon emission. However, there is no specific research on the optimization of injection parameters for CO2flooding. Through the orthogonal experiment method, the parameters of the recovery of CH4 including the time of gas injection, the gas injection method, the gas injection rate and the temperature pressure system, were designed. Indoor and long core displacement experiments showed that the best way of gas injection for CO2recovery was to inject CO2when depletion development recovery reached 20%, injection method was intermittent injection, injection slug size was 0.2 PV, injection rate was 0.2 mL/min. Under the condition of room temperature, pressure 9 MPa, after gas injection about 17 PV, gas injection effect of depletion development was the best. Gas injection time and injection gas injection rate had significant effect on CH4 recovery, gas injection rate had significant effect, and the influence of temperature and pressure system was relatively small.%我国煤层气面临低渗、含气饱和度低和储层压力低等问题，CO2具有较好的置换、驱替煤层气的效果，同时可以减少碳排放量，对CO2注入参数优化至今尚没有具体研究。

《不同状态的二氧化碳对煤层气的驱替研究》篇一一、引言煤层气是一种在煤炭地下储层中赋存的天然气，主要由甲烷组成。

而二氧化碳作为一种常见的温室气体，其与煤层气的相互作用和驱替效应是当前环境与能源领域的研究热点。

本篇论文主要针对不同状态的二氧化碳对煤层气的驱替效果进行实验研究与探讨，以提供更多的理论基础与实际操作经验。

二、二氧化碳的不同状态及其影响二氧化碳是一种特殊的物质，其状态受到温度和压力的影响，主要存在气态、液态和固态三种状态。

在煤层气驱替的研究中，不同状态的二氧化碳具有不同的驱替效果。

1. 气态二氧化碳：气态二氧化碳的扩散能力强，可以迅速进入煤层微孔隙中，降低煤层气的压力，进而驱替出更多的煤层气。

2. 液态二氧化碳：液态二氧化碳的密度大，能够更好地渗透到煤层深处的孔隙中，对煤层气的驱替效果更为明显。

同时，液态二氧化碳在注入过程中会迅速转化为气态，产生较大的体积膨胀效应，进一步驱替煤层气。

3. 固态二氧化碳（干冰）：固态二氧化碳通过升华作用迅速转化为气态，能够快速降低煤层气的温度和压力，有助于驱替出部分吸附在煤基质表面的煤层气。

三、实验研究方法与步骤本研究采用实验模拟的方式，对不同状态的二氧化碳在煤层中的驱替效果进行研究。

实验主要步骤如下：1. 制备不同状态的二氧化碳：根据需要，将二氧化碳制备为气态、液态和固态。

2. 选择实验煤样：选择具有代表性的煤样作为实验对象。

3. 设定实验条件：设定不同的温度、压力等实验条件。

4. 进行实验：将不同状态的二氧化碳分别注入煤样中，观察并记录煤层气的驱替效果。

5. 数据处理与分析：对实验数据进行处理与分析，得出不同状态二氧化碳的驱替效果及影响因素。

四、实验结果与讨论通过对不同状态二氧化碳的驱替实验，我们得出以下结论：1. 气态二氧化碳的驱替效果主要体现在煤层表面的微孔隙中，对于深部孔隙的驱替效果相对较弱。

2. 液态二氧化碳的驱替效果最为明显，能够有效地渗透到煤层的深部孔隙中，对煤层气的驱替作用显著。

第40卷第9期 辽 宁 化 工 Vol.40，No.9 2011年9月 Liaoning Chemical Industry September，2011收稿日期： 2010-04-11 提高煤层气采收率措施研究孙 敏 娜（西安石油大学石油工程学院， 陕西 西安 710065）摘 要： 20世纪90年代我国开始试验性的进行煤层气的工业化开采。

由于我国煤层气存在“高储低渗”的问题，所以单井产量低，开采利用非常困难。

本文将针对以上问题对提高煤层气采收率的多种措施进行概述。

关 键 词：煤层气藏；煤层气开发； 提高采收率中图分类号：TD 823 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2011）09-0975-03我国的煤矿井下煤层气抽放始于20世纪50年代，随着对新能源的开发利用，煤层气由单纯的井下抽放逐步向地面开发发展，90年代开始试验性的进行煤层气的工业化开采，但大部分的产气量不高。

造成这种现象的主要原因是：我国煤层气地质条件复杂，大多具有低压（压力系数小于0.8）、低渗（小于1×10-3 μm2）、低饱和（小于70%）三低现象，低压使气流驱动能力不足，低渗无法形成以抽放钻孔为半径的大范围的解吸-扩散-渗流圈，低饱和是温度、压力、围岩条件、煤的等温吸附性质等综合作用的结果。

在目前的技术条件下，“三低”煤层抽放特别困难。

以下将对多种提高煤层气采收率的技术进行概述。

1 煤储层压裂技术煤储层压裂技术是目前煤层气开发普遍采用的增产措施。

这是因为人工压裂形成的诱导裂缝降低或消除了煤层的近井眼伤害，强化了煤层中的天然裂隙网络，扩大了有效“井眼半径”和煤层气解吸渗流面积，加强了井眼稳定性，在井眼周围形成了有效的煤层气渗流通道，有效地提高了煤层气井的产能。

压裂措施最关键的技术就是破裂压力和瞬时关井压力的设计。

煤层气井与常规油气井在水力压裂技术方法和压裂结果上，既有相似性又有差异性。

其差异性主要表现在以下两个方面：①煤层中甲烷气主要以吸附状态赋存于煤岩裂隙和基质孔隙（微孔隙）的内表面上，其赋存和产出机理与砂岩天然气完全不同；②煤岩在成分、结构、构造以及力学物理性质上与油气储层有显著差异。

注二氧化碳驱替煤中甲烷实验研究马砺;邢园园;魏高明【摘要】利用注CO2的方法可以有效驱替煤中CH4,提高CH4采抽率.为了研究驱替过程特征以及不同驱替压力和流量对驱替过程的影响,利用自制的驱替实验系统,在2.4、1.8、1.2、0.6 MPa等不同注气压力下分别进行了流量为15、10、5 mL/min的驱替实验.实验结果表明,驱替过程是由气体置换、携带、稀释等共同作用的结果.驱替过程初期,CH,组分浓度下降到30％～40％,表现为气流携带起主导作用,中期CH,组分浓度下降到5％～10％,表现为置换解吸起主导作用,后期CH4组分浓度下降到5％后趋于稳定,表现为气流稀释起主导作用.驱替流量变大,气体置换作用变弱,携带、稀释作用变强.驱替压力能有效影响驱替效果,压力越大,驱替效果越好.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2018(049)012【总页数】4页(P5-8)【关键词】注气驱替;携带作用;置换作用;稀释作用;驱替效率【作者】马砺;邢园园;魏高明【作者单位】西安科技大学安全与科学工程学院,陕西西安 710054;西安科技大学陕西省煤火灾害防治重点实验室,陕西西安 710054;西安科技大学安全与科学工程学院,陕西西安 710054;西安科技大学陕西省煤火灾害防治重点实验室,陕西西安710054;西安科技大学安全与科学工程学院,陕西西安 710054;西安科技大学陕西省煤火灾害防治重点实验室,陕西西安 710054【正文语种】中文【中图分类】TD713利用煤层封存CO2技术（CO2-ECBM）可以增加煤层气的采集量[1]。

CO2-ECBM技术原理是利用注入的气体与煤层中的CH4发生竞争吸附,从而将原吸附在煤层中的CH4置换出来[2]。

在温度和压力相同的条件下，煤对CO2、CH4的吸附能力由大变小[3]。

煤层内每注2～10体积的CO2就可置换出1体积的CH4[4]。

1999年到2000年，加拿大成功进行了单井注入CO2提高煤层气回采率的试点试验[5]。

第30卷第2期油气地质与采收率Vol.30,No.22023年3月Petroleum Geology and Recovery EfficiencyMar.2023—————————————收稿日期：2022-09-20。

作者简介：郑文宽（1989—），男，山东东营人，高级工程师，博士，从事CO 2驱提高采收率研究。

E-mail ：*****************************。

基金项目：中国石化重点实验室课题“咸水层封存CO 2作用机理与运移赋存模式研究”（KL22006），胜利油田博士后工作站项目“CO 2驱相似物理模拟方法研究”（YKB2008）。

文章编号：1009-9603（2023）02-0086-08DOI ：10.13673/37-1359/te.202209037CO 2驱不同注采模式提高采收率实验研究郑文宽1，2，张世明1，2，李宗阳1，2，张东1，2，张传宝1，2，刘国3（1.中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院，山东东营257015；2.山东省碳捕集利用与封存重点实验室，山东东营257015；3.东营同邦石油科技有限公司，山东东营257000）摘要：非均质、黏性指进是决定CO 2驱开发效果的关键因素，而调整注采方式是控抑气窜、扩大波及的有效手段。

目前该方向的研究以数值模拟为主，亟需开展CO 2驱不同注采方式的物理模拟研究，以进一步明确CO 2驱连续气驱、轮换开采和注采耦合等模式的动用机制、开发特征和油藏适应性。

通过CO 2驱相似物理模拟实验，对比CO 2连续气驱、轮换开采和注采耦合模式的开发特征差异，并分析CO 2驱不同注采模式的适用性。

实验结果表明：连续气驱模式下不同渗透率区域开发效果差异大，低渗透率区域见气后的增油潜力较低，适合相对均质油藏开发；轮换开采模式通过采油井交替开启，改变注采井间主流线方向，有效改善非均质储层中低渗透率区域的开发效果，适合强非均质油藏或气窜后的开发调整阶段；注采耦合模式利用注采交替引起的压力场交替变化，可以较均衡的提高全区波及范围，提高难动用边角区储量动用率，适合弱非均质油藏或前期开发阶段。

二氧化碳驱煤层气煤-水-气体系作用过程模型实验技术1. 引言1.1 概述煤层气作为一种重要的非常规天然气资源，在能源领域具有广阔的应用前景。

二氧化碳（CO2）驱替煤层气是一种有效的提高煤层气采收率及实现超临界CO2储存的技术途径。

本文旨在通过构建煤-水-气体系作用过程模型实验技术，深入研究二氧化碳驱煤层气的机理与效果，为优化煤层气开发利用提供科学依据和技术支撑。

1.2 文章结构本文共分为五个部分，即引言、正文、实验结果与分析、论证与讨论、结论与展望。

引言部分介绍了文章的概述以及各部分内容安排，接下来将详细介绍二氧化碳驱煤层气的相关概念和技术，并提供实验设计与方法，进而展示实验结果并进行深入分析和讨论。

随后对所得结果进行验证并评估其可行性。

最后，我们将从模型有效性和应用前景、技术优势和局限性以及对工业生产的影响和推广建议等方面进行论证和讨论，最终总结主要结论并展望后续工作。

1.3 目的本文旨在研究二氧化碳驱煤层气的作用过程，并构建相应的模型实验技术。

通过深入剖析实验结果，验证模型的有效性，并对其应用前景进行评估，同时分析技术优势与局限性以及对工业生产的影响。

最终提出相关推广建议，为二氧化碳驱替煤层气技术在煤层气开发利用中的应用提供科学依据和参考。

2. 正文2.1 二氧化碳驱煤层气概述二氧化碳驱煤层气是一种采用二氧化碳作为驱动剂来提高煤层气采收率的技术方法。

该方法通过注入二氧化碳到地下煤层中，可实现原本不能被开采的低渗透、难采或封闭的煤储层中的煤层气产能释放，从而提高煤层气的产量。

这种方法具有环保、经济效益和资源利用方面的优势。

2.2 煤-水-气体系作用过程模型实验技术介绍煤-水-气体系作用过程模型实验技术是通过构建实验室规模的系统来模拟和分析地下矿产资源开发中涉及到的多相流、质传输和反应过程。

在该技术中，通过控制不同因素如温度、压力、流速等参数，以及特定设备和仪器进行数据采集与分析，可以对煤-水-气体系在不同工况下的反应情况进行准确可靠地模拟。

沁水盆地南部注二氧化碳提高煤层气采收率微型先导性试验研究第28卷第4期2007年7月石油学报A CT A PETROLEI SINICAVol.28JulyNo.42007基金项目:国家/十五0重大科技攻关项目(2004BA 616A O 08O 03)/注CO 2提高煤层气采收率技术研究0和中国加拿大合作项目(协议编号:7019346)/中国煤层气技术开发/CO 2埋藏0部分成果。

作者简介:叶建平,男,1962年9月生,2002年获中国矿业大学(北京)博士学位,现为中国煤炭学会煤层气专业委员会秘书长,中联煤层气有限责任公司研究中心主任,教授级高级工程师,主要从事煤层气勘探与开发工作。

EOmail:**************文章编号:0253O 2697(2007)04O 0077O 04沁水盆地南部注二氧化碳提高煤层气采收率微型先导性试验研究叶建平1 冯三利1 范志强1 王国强1 William D.Gunter 2 Sam Wong 2 John R.Robinson 2(11中联煤层气有限责任公司北京 100011; 21Alberta Research Coun cil Edm on ton Canada T 6N 1E 4)摘要:在沁水盆地南部TL O 003井进行了单井注入CO 2提高煤层气采收率试验。

采用间歇式注入方式,共向3号煤层注入19218t 液态CO 2。

生产和储层模拟评价结果表明,大部分CO 2被煤层吸附,能显著提高单井产量和采收率。

多井试验模拟显示,在沁南无烟煤煤层中注入CO 2,能显著地提高煤层气采收率,同时实现了埋藏CO 2的目标。

关键词:沁水盆地;煤层气;二氧化碳;注入方式;提高采收率;先导试验中图分类号:T E 357 文献标识码:AMicro 2pilot test for enhanced coalbed methane recovery by injectingcarbon dioxide in south part of Q inshui BasinYe Jianping 1 Feng Sanli 1 Fan Zhiqiang 1 Wang Guoqiang 1 William D.Gunter 2Sam Wong 2 John R.Robinson 2(1.China United Coalbed Metha ne Corp or ation,Ltd.,Beij ing 100011,China ;2.Alber ta Resear ch Council ,Edmonton T 6N 1E 4,Cana da)Abstr act :A new kind of technology for using CO 2inject ion was proposed to enhance coalbed methane (CBM)recover y and store CO 2in the non 2mineable deep coal seams.T he m icro 2pilot test for CO 2injection was perfor med in TL 2003Well of the southern Qinshui Basin.In the micro 2pilot test ,19218t ons of liquefied CO 2wer e interm ittent ly injected into No.3coal seam.A set of high 2qualit y da 2ta were obtained,including the injection rates,surface and bottom 2hole pr essures and temperatures during injecting CO 2period,the bottom 2hole pr essures and temperatur es during shut 2in per iod,and the bot tom 2hole pr essures and temperatures,gas and water pr o 2duct ion rates,and gas composition during pr oduction period.The history match of the dataset fr om the micr o 2pilot test was success 2ful wit h the CMG simulator.The multi 2well simulat ion and numer ical pr ediction indicated that CO 2was almost adsorbed into No.3coal seam,and the coa lbed methane recover y incr eased mar kedly,while CO 2could be stor ed in No.3coal seam for a long term in sout h part of Qinshui Basin.Key words :Qinshui Basin;coalbed methane;carbondioxide;injection mode;enhanced r ecovery;pilot test1 概述二氧化碳和甲烷是两大主要温室气体,全球年排放量巨大。

《连续与间歇注空气驱替煤层气机理及实验研究》篇一一、引言煤层气（Coalbed Methane，简称CBM）作为一种清洁能源，具有巨大的开发潜力。

其开采技术中，连续与间歇注空气驱替技术是两种重要的开采方法。

本文将详细探讨这两种技术的驱替机理，并通过实验研究进行验证，以期为煤层气的有效开采提供理论支持。

二、连续注空气驱替煤层气机理连续注空气驱替煤层气是指通过持续向煤层注入空气，利用空气与煤层气的物理性质差异，如密度、扩散性等，实现煤层气的有效驱替。

该过程主要包括以下几个步骤：1. 空气注入：通过注气井向煤层持续注入空气。

2. 气体扩散：注入的空气与煤层气在煤层中进行混合、扩散，形成复杂的流体运动。

3. 气体排采：随着扩散作用的进行，煤层气逐渐被挤压到生产井，从而实现煤层气的采收。

连续注空气驱替的机理在于利用空气的高流动性，通过持续注入形成压力差，从而推动煤层气向生产井移动。

此外，空气中的氧气还可以与煤层中的某些物质发生氧化反应，产生热量和气体，进一步促进煤层气的采收。

三、间歇注空气驱替煤层气机理间歇注空气驱替煤层气是指通过周期性地注入和停止注入空气，利用压力变化和气体膨胀效应，实现煤层气的有效驱替。

该过程主要包括以下几个阶段：1. 空气注入阶段：通过注气井向煤层注入一定量的空气。

2. 压力释放阶段：停止注气，煤层内的气体压力逐渐释放。

3. 再次注气阶段：在压力达到一定程度后再次进行注气，形成新的压力差，推动煤层气移动。

间歇注空气驱替的机理在于通过周期性的操作，使煤层内的气体压力不断变化，利用压力差和气体膨胀效应，实现煤层气的有效驱替。

此外，间歇操作还有助于减少对设备的压力负荷，延长设备使用寿命。

四、实验研究为了验证连续与间歇注空气驱替煤层气的机理，我们进行了以下实验研究：1. 实验材料与设备：选取一定量的煤样、空气、以及用于测量气体成分、压力等参数的设备。

2. 实验方法：分别采用连续和间歇注空气的方式对煤样进行驱替实验，记录不同时间点的气体成分、压力等参数。

关于注气提高采收率技术的调研1 前言随着油气田开发进入中后期,油井综合含水率上升,油田开发难度加大,注气采油逐渐成为提高原油采收率的重要方法之一。

本文对注气提高采收率技术的机理进行了分析,并进行了驱替实验调研。

调研结果表明:注气可明显改善驱油效果,提高原油采收率。

2 国内外现状近年来,国内外注气技术发展很快,注气类型、注气方式、注气时机、适宜注气的油藏类型不断发展,已成为除热采之外发展较快的提高采收率方法。

目前,注气作为一种有效的提高采收率方法,在世界范围内得到广泛应用。

在美国和加拿大注气技术极为成熟。

在美国,注气项目中以二氧化碳混相驱为主,而加拿大以注入烃类溶剂混相驱为主导。

2006年,美国、加拿大等石油生产大国仍把蒸汽驱作为EOR(或IOR)主导技术,加拿大掀起了以蒸汽重力驱(SAGD)技术为主的开采油砂热,化学驱的应用仍很少。

注气驱仍以逐年增长的态势和显著的成效而成为当今世界石油开采中具有很大潜力和前景的技术。

在我国东部主要产油区,天然气气源紧张,供不应求,CO2气源目前还比较少。

尽管如此,注非烃气体混相和非混相驱的研究和现场先导试验一直没有停止过。

1963年首先在大庆油田作为主要提高采收率方法进行研究,1966、1969、1985、1991、1994年先后开展了注CO2先导试验,很受重视。

华北油田在雁翎油田开展注N2非混相驱矿场试验。

吉林油田利用万金塔CO2气田的液态CO2,在吉林油田开展CO2吞吐和CO2泡沫压裂已在100井次以上。

1996年江苏油田富民油田48井开展了CO2吞吐试验,并已开展了驱替试验。

吐哈葡北油田已开始实施注气混相驱。

大港大张坨凝析气田和塔西南柯克亚凝析气田注气成功。

西南石油学院以气为特色,长期开展了油气体系的相态研究,早在1984年,为大庆、中原开展了混相驱实验,引进了当时全国第1台混相驱细管实验装置。

随后与华北油田合作,配合雁翎油田注N2试验,模拟裂缝性碳酸盐岩储层,在全国比较系统地开展了系列注N2实验。

注空气提高采收率机理调研轻质油藏高压空气驱包含许多复杂的机理。

这些机理包括烟道气驱、油藏增压。

原油膨胀、黏度降低、原油中轻质组分的抽提效应以及热效应等。

早期的注空气应用主要是利用空气的增压保压等常规气驱机理。

因而空气驱过程中作为次要机理的热效应并没有考虑进来。

氧化热前缘直接驱替原油的程度取决于烟道气的波及程度。

1979年Chekalyuk等[1]认为注空气在提高原油采收率方面具有独特的经济和技术优势，在轻质油藏中具有如下机理：良好的驱替效率；近混相及烟道气对轻烃类具有较好的抽提能力；空气中的氧气几乎全部耗尽；高温下水蒸气的超级萃取效应。

1996年Fassihi等[2]对Medicine Pole Hills Unit和West Hackberry油藏进行空气驱经济性评价，认为注空气驱油主要考虑间接生成的烟道气的驱替作用，至于生成的热量则是次要的。

并针对实际油藏把空气驱机理分为以下2个模式：倾斜油藏中的重力驱替机制和水平井中氧化前缘驱替机制。

同时他们认为，就地燃烧过程中生成的（N285%+CO215%）烟道气会明显抽提大量的轻烃组分，随后形成类似于液化天然气（NGL）的作用。

1998年Greaves等[3]对North Sea等地的四个轻质油藏的氧化及驱替机理进行研究，结果表明，低温氧化产生的驱替气包括CO2、CO、N2及蒸馏/抽提的轻质烃类，气体突破之前，产出的为未氧化的原油，烟道气驱替波及区域中的油，并且一定条件下低温氧化最多产生7-9.2%的CO。

22002年Shokoya等[4]为了研究轻质油藏注空气就地生成的烟道气与原油混相情况及其对采收率的贡献开展了细管驱替实验，结果表明油藏条件下，烟道气无法与原油实现混相驱。

而在高于油藏压力条件下，向前多次蒸发/凝析过程中更多的轻质、中质组分抽提到气相中，并且在驱替前缘后面呈层状流动，类似于近混相驱，会大幅提高原油轻采收率。

2002年Moore等[5]某些情况下反应层的温度升高对采收率起重要作用。

注CO2提高致密气藏采收率机理及其影响因素研究在地层中注入CO2能够有效恢复地层压力，尽量避免因为地层压力损失而导致下沉或者水浸的现象。

在油田生产开采过程中通过实施CO2驱气，能够得到较好的流动比，而且还能够充分保证驱替前缘的稳定性，与此同时，在重力分异作用的影响下，能够有效提升高致密气层的开采效率。

CO2具有较高的注入性以及溶解性，而且整体回收效率也相對较高，因此可以极大的提升EDR的有效性。

标签：采收率;注二氧化碳;致密气藏;影响因素引言目前在国际上并没有针对致密气实施统一的标准，各个国家在实际生产开采过程中，根据不同生产开采时期以及致密气资源的实际状况、经济技术条件等各种情况来制定出本国的标准，随着目前对致密气认识的不断加深，相关的概念也在不断的改进过程中。

在我国，通常情况下都是按照储层的物性来对气藏进行明确分类，通常情况下，都会将渗透率小于0.1×10-3μm2的气藏定义为致密气藏。

与常规气藏相比较，致密气藏同时具备了达西流以及非达西流的渗流特征，而且其还具有一定的启动压力梯度，非均质性也相对较强，在实际开采过程中产能的差异性也比较大;整个地层中的弹性能量相对较小，压力下降非常明显，由此就导致在开采过程中会出现明显的产量递减。

1 注二氧化碳提高致密气藏采收率机理针对一些废弃的气体向其中注入二氧化碳能够有效提升气田的扫气效率，也能有效促进油气从地层压力恢复，在此基础上，就能充分调动油气从未开采储量。

在实际针对甲烷进行驱替的过程中，二氧化碳在气态、液态或者超临界状态下都能够充分发挥出其作用。

即使在二氧化碳突破的状态下仍然能够获得很好的甲烷采收率。

1.1筛滤置换作用二氧化碳分子的分子分布形式呈现出直线型状态，其分子直径要远远小于甲烷，因此其完全能够进入非常小的微孔隙中，但是甲烷却不能进入，二氧化碳的这种现象就被称为是筛滤置换作用[1]。

1.2竞争吸附置换作用在向储层中注入二氧化碳后，可以有效的提升甲烷的解析以及扩散速率，再注入二氧化碳后，会导致其渗流速度不断增加，从而导致甲烷的分压出现非常明显的下降，这样就能够有效促进甲烷实现解析和扩散;当气体进入岩层中后，两者之间产生的相互作用力主要是由伦敦色散力以及德邦主导力来共同构成，因此就会形成吸附势。

混合气体驱替煤层气技术的机理及试验研究一、综述煤层气，也称为瓦斯，是一种存在于煤层中的可燃气体。

它不仅安全，而且具有巨大的能源潜力。

煤层气的开发一直面临着许多挑战，包括储层评价、开采技术以及提高开采效率等问题。

混合气体驱替技术在煤层气开发中受到了广泛关注。

这种技术结合了多种气体的优点，旨在提高煤层气的采收率和产量。

本文将探讨混合气体驱替技术的机理，并通过实验研究验证其效果。

这一技术的研究始于20世纪50年代，但直到近年来，随着计算机模拟和实验室研究的深入，才逐渐形成了完整的理论体系和实践方法。

混合气体驱替技术主要包括两种类型：一种是混气驱替，另一种是天然气和二氧化碳的联合驱替。

混气驱替是利用其他气体的不稳定来驱动煤层气。

这种方法通常需要较高的注入压力，以维持气体的流动状态。

这种方法存在一定的安全隐患，且对气体的组成和压力要求较高。

天然气和二氧化碳的联合驱替则是利用天然气的稳定性和二氧化碳的膨胀能力来驱动煤层气。

这种方法可以在较低的压力下进行，且对环境友好。

其驱替效率和最终采收率受到天然气和二氧化碳的源岩和储层的匹配关系、注入工艺等因素的影响。

混合气体驱替技术已经在全球范围内得到了广泛应用。

在委内瑞拉、澳大利亚、美国等国家，该技术已经取得了显著的成果。

尽管取得了这些成就，但仍有许多问题和挑战需要进一步研究和解决。

在未来的研究中，将对混合气体驱替技术的机理进行更加深入的探讨，以期获得更高的驱替效率和更广泛的适用性。

还将注重环保和节能方面的研究，以实现煤层气开发的经济和环境效益双赢。

煤层气作为一种具有巨大能源潜力的气体，在全球能源结构中占据着越来越重要的地位。

混合气体驱替作为煤层气开发的一种重要技术手段，将在未来的研究和实践中发挥越来越重要的作用。

1.1 煤层气的资源价值与重要性煤层气，又称为煤矿瓦斯，是赋存在煤炭矿藏中的可燃气体。

它不仅是一种清洁能源，而且在能源结构中占有举足轻重的地位，对于减少温室气体排放、改善环境质量以及促进煤矿安全都具有重要的意义。

注烟道气提高煤层气采收率(CO 2-ECB M)的可行性分析王军红1, 王红瑞1, 于洪观2(1.北京师范大学环境学院,北京 100875;2.山东科技大学化学与环境工程学院,山东泰安 266510)摘 要:CO 2-ECBM 技术是随着煤层气资源的大量开采和对温室效应的逐渐关注提出和发展起来的.应用C O 2-ECB M 技术可以提高煤层甲烷的采收率,为人类提供更多的清洁能源,同时又可以埋藏大量烟道气C O 2,减少温室效应,具有环境效益.此外,本文给出案例分析了CO 2-ECB M 技术的发展前景.关键词:CO 2-ECB M;温室气体;采收率;煤层气;烟道气中图分类号:TD82 文献标识码:A 文章编号:1001-2443(2005)03-0344-04在过去的100年里,全球地面平均气温上升了0.3~0.6度,包括CO 2和C H 4在内的温室气体的累计排放和环境污染的加重是气温升高的主要原因,而长期大量的采煤作业和燃煤是CH 4和C O 2排放的主要原因.据世界能源委员会1995年的报告,世界煤炭可采资源量为4.86万亿t 煤当量,占化石能源总资源量的66.8%[1].在未来较长的时期内,煤炭仍将作为主要的化石能源被各行各业利用.目前,世界各国也正在通过本国的努力和彼此间的通力合作,探索如何有效的减轻环境污染的途径,例如洁净煤技术可以从源头上降低污染;世界正在发展煤层气产业,如果能够在采煤之前将甲烷作为一种洁净能源进行开采和利用,就会有效地降低CH 4随采煤作业的排放[2].所以,开发利用煤层气对减少环境污染,缓解能源危机有重要的意义,CO 2-ECB M 技术正是在这样的形势下应运而生.1 CO 2-ECBM 技术的可行性分析1.1 国外CO 2-ECB M 技术的发展现状煤层气作为一种能源进行商业性的开采利用,尤其煤层气的地面开采是20世纪70年代末期在美国首先取得成功的.自美国成功以后,世界上煤炭资源大国包括加拿大、澳大利亚和中国等都相继开始进行了地面开采煤层气的试验和探索.美国的伯灵顿公司在圣胡安盆地的北部正在进行着CO 2注入提高煤层气采收率的先导性试验.该项试验是由4口C O 2的注入井和9口煤层气生产井组成.生产井自1990年开始一直连续的生产煤层气,注入井自1996年开始注入C O 2.目前,伯灵顿公司正在连续的监测煤层气的产量变化和其他工程参数的变化,进行详细的储层模拟和经济评价,以决定能否进行大规模的商业开采[3].目前,加拿大、美国、欧洲的一些组织和产业界已经形成一个更庞大的国际组织,并达成协议,试图将该项CO 2的注入技术推广和商业化,进一步抑制温室气体的排放,这显示了该项技术良好的发展前景.在加拿大,以阿尔伯特研究院为中心的主要推广该项技术的联合体已经形成,他们在本国实施了一项由5口井组成的CO 2注入提高煤层气采收率的先导性试验,2002年该项实验已如期完成;同时他们还采取多种途径加强与国际组织(如国际能源机构,IE A)或者其他国家企业(如中国的中联煤层气有限责任公司)间的合作,促使该项技术早日商业化,为世界环保做出贡献[4,5].1.2 C O 2-ECB M 技术的原理煤是由死亡后的植物被埋藏以后再经过漫长的生物化学和变质作用,即煤化作用后形成的.煤层中大量的煤层气就是在煤化作用过程中形成和储存下来的.煤层气在储存形式上不同于常规的天然气,常规天然气收稿日期:2004-09-24基金项目:国家煤炭部煤炭科学基金项目(9920813).作者简介:王军红(1978-),女,山东临沂人,主要从事环境影响评价;通讯作者:王红瑞(1963-),河南获嘉人,副教授,博士.第28卷3期2005年9月 安徽师范大学学报(自然科学版)Journal of Anhui Normal Uni versity (Natural Science)Vol.28No.3Sep .2005是以游离态存在于岩石储层中,是一种游离气,而煤层气是以吸附状态存在于煤层中,是一种吸附气.二者不同的储存形式导致开采的机理和过程不同.一般来说,煤层气的开采要比常规天然气的开采更复杂,加上煤层具有比砂岩储层更低的渗透率且煤层气井的产量比常规天然气的产量更低,所以,煤层气井一般实施各种增产措施,如水力压裂或者注入CO 2等.图1 二氧化碳埋藏和煤层气甲烷生产的概念模型 CO 2-ECB M 技术的原理如图1所示.由于CO 2在煤层中比C H 4具有更强的吸引力,单位煤颗粒表面积上吸附的C O 2和C H 4分子数的比例为2 1,也是就是说,两个C O 2分子能够置换出一个CH 4分子而吸附在煤颗粒表面,并不改变煤层压力等特性参数,从而实现提高煤层气采收率和C O 2埋藏的目的.在一个注入井周围打四口产出井,注入井和生产井的最低处要与煤层接触.然后将CO 2注入打好的注入井,通过注入井扩散到煤层中,然后经过吸附解析原理,将吸附在煤层中的C H 4解析出来,解析出的C H 4再通过打好的生产井释放出来.最后,产出的C H 4通过一个管道运输到附近的发电厂或其他能源部门.注入C O 2提高煤层气采收率的具体操作过程是:首先选择合适的含煤盆地和煤层,以合适的井间距离钻探注入井和生产井,注入井注入CO 2,生产井生产煤层气.一般来说,成功的商业性注入开采都是必须从小规模的先导性试验开始.确定CO 2注入开始点后,经过反复的注入试验、观察及储层模拟,选取合适的储层参数以及CO 2的来源和注入速度、注入量,经过经济论证和评价,最后决定是否进行大规模商业性开发.1.3 C O 2-ECB M 技术的可行性分析煤或石油等化石燃料燃烧而从烟道气中排出的废气称为烟道气.烟道气的主要成分是C O 2、C O 、SO 2、NOx 、N 2、O 2、颗粒物质及少量酸性气体.烟道气排放出的大量CO 2是导致大气温室效应的主要原因,富集和利用这些CO 2是保护环境、节约资源的一个重要课题.理论上,通过注入CO 2可以实现煤层气100%的最终采收率,CO 2可以永久的储藏于煤层中;实际上,由于技术的原因和实际煤层自身的特征,不可能实现100%的煤层气的最终采收率,注入的CO 2也不可能全部的永久留在煤层中,但是,只要优化钻井方案和注入程序及过程,一般可以实现比无CO 2注入提高25%的最终采收率,注入的CO 2至少也可以在煤层中埋藏几百年的时间[6,7,8].天然气燃烧产生的C O 2的量比同体积的煤炭要少一半,大大减少了C O 2的排放量.因此,提高天然气的使用比例,改善世界特别是发展中国家的一次能源结构,将会改善世界大气污染状况,尤其会大大减弱温室效应.而煤层气是非常规天然气,属于天然气的一种,在天然气中占有很大的比重;煤层气也是一种温室气体,C H 4的温室效应大约是CO 2的20倍以上,对臭氧层的破坏能力是CO 2的7倍.由此可见,积极开发利用煤层气,可大大减少采煤过程中的C H 4排放量,减少甲烷和燃煤所产生的环境危害,保护人类生存环境.另外,煤层气的发热值达33496kJ/m3以上,而且不含硫化氢,是一种无毒的清洁燃料[4].由上可知,CO 2-ECBM 技术会对环境产生一个良性的能源循环机制,能缓解化石燃料燃烧与环境日益突出的矛盾.因为,把因能源的消耗而产生的C O 2注入不可采煤层中,一是减少了温室气体的排放,二是增加了吸附于煤层的C H 4的产量.而产生的煤层C H 4是一种比媒炭更清洁的能源,如能在产气地域附近建设一所燃气发电厂,从此电厂排出的烟道气的CO 2纯度较高,可被注入煤层中,这不仅大大减少了温室气体的排放,而且降低了注入CO 2的费用,可进一步实现能源良性循环[3].总之,向煤层注入C O 2可以提高煤层气甲烷的采收率,同时还能封存温室气体,这对全球的环境和经济都有重要的意义!1.4 中国引入CO 2-ECB M 技术的必要性在中国的一次能源结构中,煤炭占75%以上.这种以煤炭为主要消费能源的结构已引起了严重的环境污染,制约了中国能源和经济的可持续发展.而且我国煤炭的使用格局和使用方式与国外发达国家有着很大的差距.在发达国家煤炭主要用于发电,如美国火力发电厂消耗了80%左右的煤炭,并配备有效率较高的除尘、脱硫设备,使燃煤引起的污染得到有效的控制.而在我国除了约35%的煤炭用于火电厂发电以外,其余65%的煤炭主要用于企业、事业单位及民用的锅炉、窑炉、公共福利炉灶和千家万户的炊事灶.这些炉灶量大34528卷第3期 王军红,王红瑞,于洪观: 注烟道气提高煤层气采收率(C O 2-ECB M)的可行性分析346安徽师范大学学报(自然科学版)2005年面广,燃料利用率较低,又是低烟囱排放,对城市大气环境的影响最为严重,是当前亟待治理的污染源.另外,中国因采煤排放的C H4量已占世界采煤排放C H4总量的三分之一,1990年约为60-190亿m3[9],已经引起严重的环境污染.中国煤炭资源遍及全国,除上海市没有可开发的煤炭资源外,其余各省、市、自治区都生产煤炭.中国的煤田地质资料表明,烟煤和无烟煤中都赋存有可开发的煤层气,即使在低变质的部分褐煤中也赋存有开发价值的煤层气,具初步估计,2000m以浅的煤层气源量为(30-35) 1012m3,其中探明储量约为12万亿m3,远景储量23万亿m3,居世界第二位[10].所以,我国煤炭在一次能源中的比例太高和丰富的煤层气资源使得中国发展煤层气产业势在必行,而且可能成为中国经济发展的新的增长点,这对于我国经济的发展与环境保护都是十分必要的.2 案例分析 中国沁水盆地晋城地区发展CO2-ECBM技术2.1 沁水盆地煤层气资源状况山西煤层气具有资源丰富、可采性好、质量高等特征.据初步预测埋深在2000m以浅的煤层气资源量超过10万亿m3,约为全国煤层气资源量的1/3.在六大煤田中,除大同煤田属贫甲烷区外,沁水、河东、西山、霍西、宁武等煤田均有煤层气赋存,其中以河东和沁水煤田最为富集,约为全省的90%,是山西煤层气开发利用的两大基地[11].沁水煤层气田枣庄区和潘庄区3号和15号煤叠合含气面积为164.21平方公里,探明储量402.2亿m3,可以建成年产10亿m3煤层气的生产能力[12].沁水煤田拥有丰富的煤层气资源,而且渗透性较其他煤田较高,煤层压力大,对于C O2-ECB M技术的应用是个不错的选择!加之 西气东输 管道途经此处,为开采和开发利用煤层气创造了条件,从而进一步推动了晋城地区CO2-ECB M项目的发展.2.2 沁水盆地发展ECB M项目的C O2来源沁水盆地丰富的煤炭资源为火力发电提供了坚实的能源基础.山西省沁水发电厂是一座国有火力发电企业.本地煤炭资源丰富,大、中、小型企业星罗棋布,为其电力工业发展创造了得天独厚的条件.然而,火力发电耗煤量大、耗水量大、对大气的污染严重.据估计, 十五 期间新上的1000多万千瓦电源项目,燃煤达2000多万吨,如果不采取必要的措施,将在山西现有的环境污染基础上增加约1/4的污染量.而山西的环境污染已经相当严重,如果再加上来自新电源项目未经消除的污染,用 雪上加霜 恐怕也难以形容这种打击.而烟道气 ECB M技术正可以缓解沁水环境与经济发展之间的矛盾.利用沁水盆地周围火力发电厂排出的烟道气,将其注入煤层,以提高煤层气甲烷的产量,必将减少温室效应,减缓燃煤发电对环境的压力,增加煤层气甲烷的生产速度,为 西气东输 增加新的能源,从而产生一定的经济效益,因此,此技术是值得进一步研究和推广的.西气东输 管线经过的地区大多是煤层气资源富集区,也是大中型煤层气聚气带集中分布的地区,沿线经过的11个煤层气聚气带从西到东依次是塔北、柴北-祁连、鄂尔多斯西部、渭北、鄂尔多斯东缘、霍西、沁水、太行山东、豫西、徐淮和淮南聚气带,总资源量近10万亿m3,比塔里木盆地的天然气资源量(8.39万亿m3)还多. 西气东输 管道从黄河边的柳林进入山西,先东后南,从晋城出山西,全长约500km-600km.这无疑给山西借助 西气东输 工程,加快煤层气开发,进一步推动山西经济发展提供一个机会.由此可见, 西气东输 工程的实施,不仅为煤层气勘探开发创造了管网条件,而且解决了煤层气的销售利用问题,打通了制约中国煤层气大规模地面开发的主要瓶颈,这必将增强国内外投资者的信心,加速我国煤层气产业的形成.沿 西气东输 管线分布的沁水、两淮等大型煤层气田,不仅资源丰富,而且是目前正在大规模开发的煤矿区,优先开发这些地区的煤层气资源具有显著的现实性.所以, 西气东输 可以为沁水盆地发展CO2-ECB M技术带来了机遇和挑战.3 结束语地下储存温室气是减少温室效应的最可行的方法之一.由于全世界拥有巨大而丰富的煤资源,因此,煤层是能够提供非常具有生命力的埋藏点之一.CO2-ECB M既可以提高煤层气C H4的采收率,缓解经济发展与能源不足的矛盾,又能在煤层中储存数几十年全球释放的大量温室气体CO2,减轻由于燃煤对环境产生的污染,能够同时带来一定的经济效益与环境效益.另外,如果C H4能够应用一定的技术被捕集并出售的话,CO 2的埋藏价值就能够被补偿,由此,未来实施CO 2-ECB M 技术是可行的.由于CO 2的封存能给我们充分的时间去开发技术来发展新能源,而且还可在这段时间里继续利用化石燃料,所以,就目前世界能源结构向新能源过渡上,CO 2-ECB M 在技术和时间上能给予保障和支持.由于经济和技术条件的限制,煤层气的工业性开发目前在中国尚处在试验和起步阶段,但是,煤层气作为在近一、二十年才得到工业性开发的洁净能源的巨大潜力正在逐步被人们认识[13].我国政府要积极鼓励CO 2-ECB M 技术的开发,从政策方面给予进一步的鼓励,如实施碳税制度[14].它将是我国能源战略的重要组成部分,不仅能够改善我国能源结构,提高煤炭安全开采,而且是履行 京都议定书 的努力步骤之一,对于保护人类生存环境具有十分重大的意义.参考文献:[1] 郑楚光.温室效应及其控制对策[M].北京:中国电力出版社,2000.98-100.[2] 赵媛.论能源开发利用对全球性环境问题的研究[J].世界地理研究,2000,9(4):1-7.[3] 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to analyse the perspective of CO 2-ECB M technology.Key words:CO 2-ECB M (CO 2-enhanced coalbed methane);greenhouse gas(GHG);recovery;coalbed methane;flue gas(责任编辑 巩 )34728卷第3期 王军红,王红瑞,于洪观: 注烟道气提高煤层气采收率(C O 2-ECB M)的可行性分析。

关于注气提高采收率技术的调研1 前言随着油气田开发进入中后期,油井综合含水率上升,油田开发难度加大,注气采油逐渐成为提高原油采收率的重要方法之一。

本文对注气提高采收率技术的机理进行了分析,并进行了驱替实验调研。

调研结果表明:注气可明显改善驱油效果,提高原油采收率。

2 国内外现状近年来,国内外注气技术发展很快,注气类型、注气方式、注气时机、适宜注气的油藏类型不断发展,已成为除热采之外发展较快的提高采收率方法。

目前,注气作为一种有效的提高采收率方法,在世界范围内得到广泛应用。

在美国和加拿大注气技术极为成熟。

在美国,注气项目中以二氧化碳混相驱为主,而加拿大以注入烃类溶剂混相驱为主导。

2006年,美国、加拿大等石油生产大国仍把蒸汽驱作为EOR(或IOR)主导技术,加拿大掀起了以蒸汽重力驱(SAGD)技术为主的开采油砂热,化学驱的应用仍很少。

注气驱仍以逐年增长的态势和显著的成效而成为当今世界石油开采中具有很大潜力和前景的技术。

在我国东部主要产油区,天然气气源紧张,供不应求,CO2气源目前还比较少。

尽管如此,注非烃气体混相和非混相驱的研究和现场先导试验一直没有停止过。

1963年首先在大庆油田作为主要提高采收率方法进行研究,1966、1969、1985、1991、1994年先后开展了注CO2先导试验,很受重视。

华北油田在雁翎油田开展注N2非混相驱矿场试验。

吉林油田利用万金塔CO2气田的液态CO2,在吉林油田开展CO2吞吐和CO2泡沫压裂已在100井次以上。

1996年江苏油田富民油田48井开展了CO2吞吐试验,并已开展了驱替试验。

吐哈葡北油田已开始实施注气混相驱。

大港大张坨凝析气田和塔西南柯克亚凝析气田注气成功。

西南石油学院以气为特色,长期开展了油气体系的相态研究,早在1984年,为大庆、中原开展了混相驱实验,引进了当时全国第1台混相驱细管实验装置。

随后与华北油田合作,配合雁翎油田注N2试验,模拟裂缝性碳酸盐岩储层,在全国比较系统地开展了系列注N2实验。