低渗——特低渗透油层气体段塞组合驱比较研究

针对低渗、特低渗油层气驱提高采收率,在对低渗、特低渗油层CO;-N;驱和富气-N;驱进行数模及物模研究的基础上,对两种气驱进行了比较研究。在实验室岩芯中完全混相驱条件下,数模计算和物模驱油实验均表明,CO;-N;驱的合理前置段塞尺寸小于富气-N;驱的合理前置段塞尺寸,采收率比富气-N;驱的采收率低,但CO;-N;驱的最终投入产出比是富气-N;驱的2.0~2.69倍。在实际油层五点法井网部分混相驱条件下,数模计算结果表明,CO;-N;驱的合理前置段塞尺寸是富气-N;驱合理前置段塞尺寸的三分之二,但其采收率却比富气-N;驱的高,且投入产出比是富气-N;驱的2.6倍。     

不同排采程度煤储层注CO2驱煤层气模拟评价

在“双碳”战略背景下,开展煤中封存CO₂和提高煤层气采收率（CO₂-ECBM）研究有重要现实意义,我国也已开展多方位的先导性试验和工程示范。已有的工程实验表明,煤储层的排采程度对CO₂注入的难易程度有重要影响,然而还缺少定量数据的支撑以及对CO₂注入及驱煤层气的效果的评价。借助数值模拟手段,以沁水盆地柿庄北区块SX018-5H井煤层气地质和工程条件为基础,构建了含1口水平井和2口直井的3号煤层CO₂-ECBM工区,设计了水平井排采0,1,2,3和4 a后,在1 a内连续注入万吨CO₂,以及排采4 a后持续注入CO₂共计6个注入驱替方案,对比了10 a模拟时间内注入CO₂各方案及不注入CO₂方案的气井产出和储层动态变化情况。研究结果表明,在沁水盆地南部柿庄北区块3号煤层地质条件下,水平井具有较高的CO₂注气效率,3号煤层具有较大的封存潜力,注入万吨CO₂     

注热CO2增产CH4过程数值模拟研究

通过建立二元气体扩散场—渗流场—传热场的耦合方程，利用COMSOL模拟了不同温度和压力下CO₂驱替CH₄过程中驱替效果、CO₂储存量、CH₄产量及煤体渗透率等的变化规律。结果表明：CO₂驱替作用会导致煤体部分区域出现CH₄压力上升高于原始储层压力的现象。随着驱替压力的增大，CO₂储存量与CH₄产量增加，当驱替压力由2 MPa增高到6 MPa时，驱替比由2.85增大到4.38。而当注入温度从20℃增高至100℃时，驱替比由4.38降低至4.34。在驱替开采过程中，驱替压力是影响驱替效果的主要因素。随着驱替的进行，CO₂影响范围逐渐增大。在CO₂影响区域，CO₂的注入对煤层渗透率影响较大，煤基质对CO₂的吸附使煤层渗透率迅速下降；而在CO₂未影响区域，煤体渗透率随着CH₄的解吸而增大。     

低渗透油藏注CO2驱提高采收率预测方法

CO2驱油技术在低渗透油田中的研究已经越来越深入,无论室内实验还是现场试验证明都是可行的,不论是在高含水油藏还是低渗、特低渗油藏,注CO2能够降黏膨胀,降低界面张力,改善地层渗透率,从而提高原油采收率。该技术能够有效解决低渗油藏注水开发难的问题。国内在该技术领域的研究也越来越多,研究还发现,工程上常利用水驱特征曲线方法预测CO2驱动态指标,但水驱和CO2驱在驱油机理、开发动态特征等方面存在明显差异,导致预测结果不准确。为了增加低渗透油藏注CO2方案可靠性,根据油藏工程基本原理建立气驱采收率计算公式,并利用采出程度、采油速度和递减率的相互关系提出了气驱增产比概念,建立气驱提高采收率增幅图版,形成了低渗透油藏注CO2驱提高采收率指标预测方法。通过该油藏工程方法预测白豹油区吴26-75井区,注CO2驱油20年可提高采收率8.12%。同时,对目标区块进行三维地质建模及数值模拟研究,通过数值模拟软件计算,预测区块CO2注气速度20、30、40 t/d的情况下,20年可累计增油20.56万、22.48万、24.13万m3,可分别提高采收率7.82%、8.55%、9.18%。该油藏工程方法预测结果和数值模拟方法预测结果误差较小,可用于低渗透油藏CO2驱油产量预测和开发方案优化设计。该方法可以简单快捷计算CO2提高驱采收率指标,对区块下一步的开发及评价具有指导意义。     

延长油田CO2大气扩散数值模拟研究及监测点位优化

由于陕北地区局部气象环境复杂,造成CO₂浓度扩散方向的不确定性,同时,延长油田地处黄土塬,地貌沟壑纵横高低起伏,导致布置CO₂大气监测点位困难。本文基于Fluent软件模拟了不同泄漏情景下CO₂驱油与封存泄漏后在大气中的扩散规律,优化监测点位布局,并开展了监测实践。研究结果表明：随着风速的不断增加,CO₂云的浓度在纵向上呈现出一直缩小的趋势,但是CO₂云的浓度在横向上的扩散距离呈现出先增大后缩小的趋势;当风速为2.0 m/s时,CO₂云的扩散距离最远为47 m,浓度最大的CO₂云扩散距离为15 m;随着泄漏速度的增大,近地表处CO₂云的浓度无论是在纵向上还是在横向上都在不断增大;当泄漏速度小于0.4 m/s时,随着泄漏速度的增加,CO₂云的扩散距离增加得较快;当泄漏速度大于0.4 m/s时,随着泄漏速度的增加,CO₂云的扩散距离增加速率变缓。结合模拟结果、陕北地区气象环...     

液态CO2驱替煤体CH4的渗流特性及机制分析

煤层瓦斯抽采效率低是造成高瓦斯及突出矿井采掘接续困难和瓦斯事故频发的重要原因。液态CO₂具有低温致裂增透和相变置换驱替促抽瓦斯效应,可有效提高煤层渗透性。采用自主研发的三轴多相CO₂促抽煤层CH₄平台,分析了不同温度下的煤体抽真空-CH₄吸附-CO₂驱替全过程应变、驱替浓度、流量及渗透率的变化,揭示了液态CO₂驱替煤层CH₄过程机制。结果表明：在吸附CH₄及CO₂驱替阶段,煤体均表现为膨胀应变,各阶段应变分为快速膨胀和缓慢膨胀变形阶段,CO₂驱替阶段的应变量显著大于CH₄饱和吸附阶段的应变量,温度越低,应变差异性越大;驱替过程不同驱替阶段的主导控制效应分别为裂隙游离CH₄驱赶、CH₄自解吸及CO₂-CH₄竞争吸附,驱替流量先快速增加,后缓慢降低并趋于稳定;温度越...     

CH4,CO2和N2及其多元气体在不同煤阶中吸附特性实验研究

煤对 CH₄,CO₂及 N₂的吸附性能差异,是注气驱替工艺优选和效果评价的依据。 通过开展 3 种不同煤阶煤样对 CH₄,CO₂及 N₂单组分吸附实验及 3 种气体混合竞争吸附实验,分析3 种单组分气体及其多元混合气体在不同煤阶中的吸附特性, 探索其对注气驱替工程应用的指导意义。 研究结果表明,ZC 高阶煤样对任一单组分气体的吸附量均大于中、低阶煤;不同煤阶煤样对混合气体的吸附量随着混合气体中强吸附质体积分数的增加而增大, 强吸附质气体在低压环境下, 其吸附性依旧大于弱吸附质; 低浓度 CO₂在低压注入下, 亦可起到驱替效果;N₂驱替主要以“量”取胜,中、高阶煤中,注高压、高浓度氮气可有效驱替煤层瓦斯。     

缝洞型油藏CO2驱注采参数和井位部署研究

针对新疆某缝洞型油藏研究区块在注CO₂阶段存在的气驱效果递减、采收程度下降等问题,为了提高油藏采收率,对此阶段注气方式、采液强度以及注气周期3个注采参数进行数值模拟优化研究。结果表明,采用周期注气,原2.5倍采液强度,注10 d停10 d方式效果更佳。为了提高研究区的采收率,优化注采井位部署,对照该地区原始地质模型创建三维机理模型,研究二氧化碳驱替阶段注采井位分布的不同对采油效果的影响,优化井位部署,并将所得结论应用于现场生产。结果表明,注气井采用低部位井注气,高部位井采油效果更佳,同一注气井低部位射孔采油效果更佳,选择裂缝发育地带注气,不发育地带采油效果更佳。研究对同类缝洞型油藏高效开发具有一定的参考意义。     

CO2-N2复合惰气对氧化煤冷却惰化特性研究

为对比分析不同比例CO₂-N₂复合惰气和纯CO₂/N₂对氧化煤惰化效果,利用程序升温实验系统,分别对比煤处于临界温度和干裂温度下通入纯CO₂/N₂和CO₂-N₂复合气体后O₂、CO气体浓度和煤温的变化特征。结果表明：在氧化煤冷却过程中,相同注气流量下,CO₂含量占比高于N₂时表现出更快的降温速率、更大的O₂和CO浓度降幅以及活化能;以临界温度为初始煤温时,30%N₂+70%CO₂的降氧速率高于10%N₂+90%CO₂和纯CO₂为0.4～1.22 mol/(cm³·s),CO下降速率高于10%N₂+90%CO₂和纯CO₂为0.24～0...     

醇胺配方溶剂捕集CO2驱采油出气中CO2实验研究

采用耐压实验装置模拟 CO₂驱采出气状态,以 CO₂和 CH₄混合气体(体积比 1∶1)作为吸收气体,在中压条件下,以 MDEA 为主吸收剂,分别以 PZ,DEA,DETA 和 DIPA 为活化剂,对吸收 CO₂效果进行了考察。 记录不同浓度溶液在不同温度、压力、转速下的进出气量,测定出反应速率、吸收量、再生率和再生速率,分析其与反应温度、反应压力和吸收液浓度的关系。 对实验结果综合分析,MDEA 复配溶液的吸收及再生性能优于单组分 MDEA 溶液, 可以得出在吸收条件为温度 40 ℃、压力 1.0 MPa 及转速 300 r/min,再生条件为温度 102 ℃(MDEA-PZ)、温度 104 ℃(MDEA-DETA),转速 700 r/min,浓度配比为 35%MDEA+5%PZ 和 35%MDEA+5%DETA 溶液是吸收及再生性能较好的二元复配溶液。     

CH4/CO2不同浓度混合气体的吸附－解吸实验

选择山东菜园矿的气煤和山西古交矿的焦煤的平衡水煤样对不同浓度的CH₄和CO₂混合气体进行了吸附－解吸实验,分析了CH₄和CO₂在吸附－解吸过程中各组分浓度的变化规律,并探讨分析了实验过程中出现高压阶段吸附量小于低压时的原因.结果表明,不同浓度的CH₄和CO₂混合气体的解吸曲线都滞后于吸附曲线;相同条件下,焦煤的吸附量大于气煤的吸附量;CO₂与CH₄浓度之比越大,气体的吸附量越大;吸附过程中,CO₂组分的吸附速率是先快后慢,而CH₄组分的吸附速率先慢后快,解吸时则相反.吸附和解吸平衡时,游离相中的CO₂浓度低于原始混合气体中的CO₂浓度,CH₄浓度高于原始气体中CH₄浓度.实验结果证实了CO₂在与CH₄的竞争吸附中占据优势,注入CO₂可以有效地置换或驱替煤层CH₄,注入CO₂气体的数量越大、相对浓度越高,单位压差CH₄解吸率和CO₂吸附率就越高.     

低渗煤层CO2-ECBM过程的CO2和CH4的扩散特征

气体扩散能力的强弱是决定CO₂-ECBM成败的关键因素之一。以中国两淮低渗含煤区刘庄矿13煤和祁东矿7煤的煤储层孔隙特征为研究对象，开展CO₂-ECBM过程中CO₂和CH₄气体的扩散行为研究，以期获取CO₂和CH₄气体在储层条件下的扩散规律，为研究低渗煤层CO₂-ECBM过程的扩散规律提供理论依据。研究结果表明：刘庄矿13煤和祁东矿7煤2种煤样中气体扩散类型以Fick型扩散为主，占比50%以上，其次为过渡型扩散，占比接近30%,CH₄的Knudsen型扩散约占10%,CO₂的Knudsen型扩散接近20%;CO₂和CH₄气体进行Fick型扩散和过渡型扩散时，其扩散系数与温度变化关系不明显，在压力2 MPa，刘庄矿13煤中的气体扩散系数约为10 m2/s，祁东矿7煤中的气体扩散系数达到13 m2/s以上，且随压力增加2种类型的扩散系数均开始降低，在0...     

阳煤五矿采空区注CO2防灭火技术研究

为研究阳煤五矿8406工作面遗煤自然发火的危险性，文章结合8406工作面对瓦斯治理的同时，对注CO₂的防灭火技术进行研究。利用程序升温实验得到阳煤五矿无烟煤耗氧速率与放热强度等参数应用到数值模拟当中，通过Fluent对不同注CO₂的位置、流量、温度进行研究，对比氧化升温带的区域范围变化。结果表明CO₂注入流量越大，对采空区防灭火工作越有利；注入CO₂温度越低，预防采空区遗煤自燃效果越好，在考虑现场经济效益以及实际工程应用的前提下，文章选定最佳注CO₂位置为采空区进风侧距工作面30 m,最佳注入流量设置为900 m³/min,最佳注入温度为278 K.     

N2/CO2混合气注入对页岩力学特性影响规律研究

工业废气经脱硫注氨处理后,气体主要成分为N₂/CO₂。基于减少能源消耗,利用页岩储层有效封存CO₂的思想,开展N₂/CO₂混合气注入对页岩力学特性影响规律研究。以四川省龙马溪组黑色露头页岩为试验研究对象,开展恒温恒压条件下,不同浓度配比N₂/CO₂混合气注入页岩试验,利用单轴压缩试验和巴西劈裂试验,分析N₂/CO₂混合气中CO₂浓度对于页岩力学特性的影响。研究结果表明：页岩试件经N₂/CO₂二元混合气浸泡后,混合气中随CO₂浓度的增加和相变,试件孔隙增长率呈现先增大后减小趋势,孔隙增长率为34.91%～110.6%;页岩试件的强度和泊松比先降低后增大,弹性模量先增大后降低,单轴抗压强度损失率为37.5%～69.1%,抗拉强度损失率为35.3%～85.4%,弹性模量增幅37.5%～54.7%,泊松比损失率为...     

东曲矿8号煤CO2和CH4竞争吸附特性分子模拟研究

深入了解煤层中CO₂和CH₄竞争吸附的微观机制是实现CO₂驱替甲烷开采(CO₂-ECBM)的关键,基于东曲矿8号煤的大分子结构模型开展了CO₂和CH₄的单组分与双组分竞争吸附研究。结果表明：单组分吸附中CO₂的吸附量显著大于CH₄的吸附量,双组分竞争吸附中的总吸附量随着CO₂的摩尔分数的增大而增大;不同摩尔比条件下的双组分吸附中CO₂对CH₄的选择性吸附系数始终大于1,且CO₂摩尔分数越大,选择性吸附系数越小;相互作用能随着吸附量的增大而显著增大,CO₂吸附体系中较大的静电能促进了煤大分子对CO₂吸附,因此,不同摩尔比体系的相互作用能随着CO₂摩尔分数的增加而显著增加;单组分吸附中CO₂的吸附势大于CH₄的吸附势,双组...     

致密油藏多级压裂水平井CO2吞吐开发方式研究

我国致密油藏大都采用水平井多级压裂技术进行开发,初期产能较高但产量递减快,亟须补充油藏能量。CO₂吞吐是一种经济有效的增油措施,为致密油藏长期稳定开发提供了新思路。以L致密油藏G油层为例,建立多级压裂水平井单井吞吐模型,用数值模拟的方法研究周期注入量、注入速度、焖井时间等对吞吐开发效果的影响。研究结果表明,在合理吞吐参数下,L致密油藏多级压裂水平井可以获得较好的开发效果。     

SX油田注温室气体细管实验研究

温室气体（CO₂）驱油及埋存技术寻找出传统化石能源开发与环境保护的重合点,既实现了CO₂的捕集与利用,又使实施区域的原油采收率提高,在经济与环境保护上展现出共赢。SX油田为有效动用油层及实现温室气体埋存,开展了CO₂气驱目标地层原油细管实验,分析了在地层温度恒定地层压力不同的条件下CO₂驱油效率变化规律。实验结果表明:原油采收率随着注CO₂气量的增加而增加;在同等注气量条件下,原油采收率随着实验压力的升高而升高。CO₂细管实验最小混相压力为46.05 MPa,高于原始地层压力7.72 MPa,呈现出非混相驱特征。     

基于COMSOL-PHREEQC的CO2+O2地浸采铀反应运移数值模拟

铀资源是的世界上重要的战略资源,如何安全高效开发利用铀资源,对保障国家能源供应和国家战略安全意义重大。CO₂+O₂地浸采铀是砂岩型铀矿采冶的主要方式,研究CO₂+O₂溶浸过程中水动力场和化学场的耦合机制是预测地浸采铀过程中铀动态浸出的关键核心。以内蒙古某煤铀共存矿床为对象,通过COMSOL构建地浸过程中溶质运移的对流与弥散模型,通过PHREEQC构建砂岩型铀矿CO₂+O₂溶浸过程的热力学数据库,利用iCP平台(Interface COMSOL-PHREEQC)建立COMSOL-PHREEQC耦合框架的CO₂+O₂地浸采铀的反应运移数值模型,模拟了CO₂+O₂地浸过程中铀矿动态浸出过程。同时,基于参数敏感性分析定量比较了不同参数对铀浸出效果影响的重要性程度。研究结果表明,本模型能够模拟预测CO₂+O₂溶浸过程中铀的反应运移过程。...     

利用NaOH溶液吸收捕集烟气中的CO2

利用NaOH溶液吸收捕集模拟烟气中的CO₂,重点考察了NaOH溶液浓度、烟气中CO₂浓度、NaOH溶液温度、烟气流量等对CO₂脱除效率的影响规律,并考察了烟气中SO₂的存在对CO₂吸收的影响。结果表明,在实验室条件下,通过鼓泡反应装置,利用NaOH溶液吸收模拟烟气中的CO₂,CO₂脱除效率随着NaOH溶液浓度、烟气流量和鼓泡气管插入深度的增加先增加后降低,随着CO₂浓度、NaOH溶液温度的增加逐渐降低。在优化工艺条件下,CO₂脱除效率可高达97%。     

高瓦斯矿井采空区注入CO2防治遗留煤体自燃研究

以晋能控股煤业集团某矿北翼采区的N2202工作面为工程背景，通过现场调研、实验室实验、数值模拟和现场工业性试验等相结合的研究方法，对采空区内注入CO₂来防治采空区内遗留煤体自燃难题进行了研究。结果表明：CO₂对于混合煤样中吸附状态CH₄的平均置换率为21%，平均置换比为1.6；注入CO₂后N2202回风侧采空区浅部原本存在的CH₄富集带被消除，采空区浅部区域CH₄浓度明显下降；注入CO₂后采空区内散热区宽度从12 m缩减至10 m，氧化区宽度从84 m缩减至30 m，采空区内氧化区与CH₄浓度较高区被分离开来；采空区内注入CO₂后，高抽巷内抽采气体中CH₄浓度平均值提高了13.7个百分点。研究结果为类似矿井防治采空区内遗留煤体自燃提供了指导意义。