CO2驱提高煤层气开采效果注入参数的实验研究

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。采用正交设计原理对影响CH4采收率的参数：注气时机、注气方式、注气速度和温压体系进行合理的水平

设置和实验方案设计，通过室内长岩心驱替实验得到最佳的注气方式为衰竭式开采采收率为20%时转注CO2，注入方式采用间歇注入，段塞大小为0.2 PV，注入速度为0.2 mL/min，室温、压力9 MPa条件下，注气约17 PV后衰竭式开采效果

最好。注气时机和注气方式对CH4采收率有显著影响，注气速度影响比较显著，温压体系影响较小。希望对我国煤层气开采提供一定的借鉴和参考。

【期刊名称】《当代化工》

【年(卷),期】2016(045)011

【总页数】4页(P2585-2588)

【关键词】煤层气;注入参数;正交试验;CO2驱;方案优化

【作者】郭辉;李想;曾云;王有良;梅光远

【作者单位】长江大学石油工程学院，湖北武汉 430100;中海石油有限公司深圳

分公司，广东深圳 518000;荆州水务集团，湖北荆州 434000;长江大学石油工程

学院，湖北武汉 430100;中国石油集团渤海钻探工程有限公司，天津 300200

【正文语种】中文

【中图分类】TE357

我国的煤层气储量丰富，主要成分CH4在煤层中以吸附态、分离态和游离态存在，其中大部分以吸附态吸附在基质微孔隙表面[1]。传统排水降压开采通过降低井底

压力使煤层气从基质中解吸，进入裂缝等通道采出，开采效果差，并且大量煤层受到埋藏深和渗透性差等因素的影响，使得大量煤层气难以采出[2]。

针对这一问题，目前国内对向煤层气注入非烃类气体提高煤层气开发效果已有大量的室内及现场研究，并取得了较好的效果。研究表明利用煤层对CO2比CH4有

更好的吸附特性，通过向煤层中注CO2可以置换大量吸附于煤基质上的甲烷气体，强化煤层气的产出，延长煤层气井的生产期。在取得较好的提高煤层气采收率的实际经济效益的同时，更能将引起温室效应的CO2气体封存于地下，达到节能减排的目的[3-5]。而关于CO2注入时机、注入量、CO2注入速度和注入方式对煤层

气增产效果的影响尚未有研究报告，本文对此进行了实验研究，以期对现场采用CO2驱提高煤层气藏开发效果提供参考。

我国煤层含气饱和度低、渗透率低和储层压力低，通过注入CO2可以保持煤层压力，延长煤层气开采期[6]。从分子角度分析煤层孔隙裂缝内侧碳原子受力处于平

衡状态，而表面的碳原子外侧不受力的作用具有较大的表面自由能，因而基质对裂缝孔隙中的气体分子具有吸附作用，不同分子吸引能力各不相同，注入CO2依靠其相比CH4有更好的吸附用，可以促进CH4解吸，从而驱替游离态的CH4尽快流入井底。此外通过注CO2降低CH4的分压，可以促进CH4从煤基质内表面解吸。游离在孔隙裂缝中的 CO2活塞式驱替煤层裂缝中的甲烷向井底流动，达到纯甲烷生产期长，驱替效率高的目标[7,8]。

2.1 实验仪器和样品准备

为避免短岩心驱替过程中存在CO2和CH4竞争吸附、置换和驱替过程不充分及CO2突破快的问题，实验采用CO2气体多功能驱替物理模拟系统（如图1所示）。该装置可以在体积应力105 MPa、温度100 ℃的范围内进行室内长岩心（30 cm）驱替实验。采用长岩心驱替，CO2有足够时间和空间竞争吸附、置换驱替，能够

更好的模拟煤层真实情况。通过恒温箱对温度的控制及回压泵对出口压力控制模拟地层温压条件，采用高压泵对夹持器加围压模拟岩心处于地层静水压力条件，并通过计量系统对注入和产出CO2、瓦斯气体准确计量。

实验采用的岩样取自山西某煤层，岩心的基本数据如下表1所示，岩心排列顺序

采用调和平均法，由于岩心数量有限且为了方便比较不同注入方式对瓦斯产量影响，