提高煤層氣采收率方法

1、提高煤層氣采收率方法碩11級(jí)15班 韓明彬201120263摘 要：煤層氣將成為我國(guó)繼煤炭和石油天然氣之后的戰(zhàn)略性接替能源，它的開(kāi) 發(fā)和利用既能決我國(guó)天然氣的不足，又能從根本上消除了煤炭開(kāi)采中造成的瓦斯 突出等災(zāi)害，還可以減少了大量瓦斯排放到大氣中造成的環(huán)境污染以及改善我國(guó) 的能源結(jié)構(gòu)。論文詳細(xì)闡述了煤層氣賦存狀態(tài)、煤層氣吸附與吸機(jī)理、煤層氣 開(kāi)采基礎(chǔ)與提高采收率方法，分析了注氣增產(chǎn)法開(kāi)發(fā)煤層氣機(jī)理，指出了注氣增 產(chǎn)法開(kāi)發(fā)煤層氣的研究方向。關(guān)鍵詞：注二氧化碳；煤層氣開(kāi)采；采收率；進(jìn)展Abstract： Coalbed methane will be come a strategically s

2、ubstitute resource of coal oil and natural gas in China. The development and utilization of coalbed methane can not only make up for the deficiency of natural gas, but also eliminate the disaster of gas outburst during coalmining more over, reduce the air pollution from gas emission and optimize the

3、 energy structures in China. This paper illustrates occurrences, adsorption, desorption, mining mechanism and recovery of coalbed methane, analyzes the mining mechanism via gas injection to increase coalbed methane recovery and presents a study direction for gas injection to mine coalbed methane.Key

4、 words: carbon dioxide injection; mining coalbed methane; recovery; advance煤層氣俗稱(chēng)“瓦斯”，其主要成分是CH 4 （甲烷），與煤炭伴生、以吸附狀態(tài) 儲(chǔ)存于煤層內(nèi)的非常規(guī)天然氣，熱值是通用煤的2-5倍，主要成分為甲烷。1立 方米純煤層氣的熱值相當(dāng)于1.13kg汽油、1.21kg標(biāo)準(zhǔn)煤，其熱值與天然氣相當(dāng)， 可以與天然氣混輸混用，而且燃燒后很潔凈，幾乎不產(chǎn)生任何廢氣，是上好的工 業(yè)、化工、發(fā)電和居民生活燃料。開(kāi)發(fā)利用煤層氣可以改善煤礦安全生產(chǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益在煤炭開(kāi)采過(guò)程產(chǎn)生 的煤層氣俗稱(chēng)“瓦斯”。煤礦瓦斯事故是煤礦安全生

5、產(chǎn)的最大威脅之一。我國(guó)國(guó) 有煤礦高瓦斯和瓦斯突出礦井占總礦井?dāng)?shù)的46%，瓦斯事故頻繁，每年因瓦斯災(zāi) 害造成的死亡人數(shù)達(dá)2000人以上。僅根據(jù)最近15年的統(tǒng)計(jì)，因瓦斯事故而死亡 的人數(shù)約占煤炭行業(yè)工傷事故死亡人數(shù)的3040%，占重大事故的7080%，直 接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)500億元。瓦斯事故造成的人員傷亡和巨大經(jīng)濟(jì)損失，在社會(huì)上 形成很大負(fù)面影響。采煤之前先采出煤層氣，有利于從根本上防止煤礦瓦斯事故， 改善煤礦的安全生產(chǎn)條件，同時(shí)還能減少礦井建設(shè)費(fèi)用（巷道建設(shè)和通風(fēng)費(fèi)用減 少1/4左右），從而提高煤礦的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，改善煤礦的社會(huì)形象。開(kāi)發(fā)利用煤層氣可以在一定程度上改善我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)，增加潔凈

6、的氣體 能源能源作為人類(lèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的三大支柱之一，將在世界經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn) 略中具有舉足輕重的作用。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)能源的需求也越來(lái) 越大，特別隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)油、氣供需缺口急劇增大。開(kāi)發(fā)和利 用煤層氣可以現(xiàn)實(shí)、有效地彌補(bǔ)我國(guó)常規(guī)天然氣在地域分布和供給量上的不足。 有些資深專(zhuān)家早就提出21世紀(jì)是煤層氣大發(fā)展的時(shí)代，煤層氣是我國(guó)常規(guī)天然 氣最現(xiàn)實(shí)可靠的替代能源。開(kāi)發(fā)利用煤層氣可以有效減排溫室氣體，改善大氣環(huán)境煤層氣（甲烷）又是 一種溫室氣體，其溫室效應(yīng)是CO?的2024倍。甲烷的溫室效應(yīng)在全球氣候變 暖中的份額為15%，僅次于CO2。我國(guó)是煤炭生產(chǎn)大國(guó)，只要采煤就會(huì)

7、向大氣中 排放煤層氣。1994年，據(jù)聯(lián)合國(guó)統(tǒng)計(jì)我國(guó)每年因采煤向大氣排放的甲烷氣體達(dá) 190億m3,居世界第一，約占我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中甲烷排放量的三分之一，占世界 采煤排放甲烷總量的三分之一，已引起國(guó)際社會(huì)的普遍關(guān)注。由于近年來(lái)煤炭產(chǎn) 量劇增，這一問(wèn)題更加突出。因此開(kāi)發(fā)和利用煤層氣不僅可以避免因采煤造成的 煤層氣這種不可再生資源的浪費(fèi)，還在減少溫室氣體排放、改善大氣環(huán)境方面具 有非常重要的意義。開(kāi)發(fā)利用煤層氣也將拉動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展任何一個(gè)新產(chǎn)業(yè)的 形成與發(fā)展都與其他行業(yè)密切相關(guān)，開(kāi)發(fā)利用煤層氣也將為拉動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)起到推 動(dòng)作用。煤層氣產(chǎn)業(yè)是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，建設(shè)一個(gè)煤層氣生產(chǎn)基地將帶動(dòng)運(yùn) 輸、鋼鐵、

8、水泥、化工、電力、生活服務(wù)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，增加就業(yè)機(jī)會(huì)，促 進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。綜上所述，煤層氣的開(kāi)發(fā)和利用不僅可以緩解我國(guó)優(yōu)質(zhì)能源供需矛盾，一定 程度上改善能源結(jié)構(gòu)的需要，也可以從根本上保障煤礦安全生產(chǎn)和改善全球大氣 環(huán)境。同時(shí)，煤層氣產(chǎn)業(yè)還將成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。開(kāi)發(fā)利用煤層氣在 我國(guó)具有特殊的緊迫性和重要性，因?yàn)槲覈?guó)是世界采煤大國(guó)，煤層氣如不及時(shí)開(kāi) 發(fā)利用，將伴隨著采煤過(guò)程繼續(xù)大量排入大氣，既浪費(fèi)了寶貴資源又造成溫室效 應(yīng)。一言以蔽之，開(kāi)發(fā)利用煤層氣有百利而無(wú)一害，功在當(dāng)代，利在千秋。1 .影響我國(guó)煤層氣采收率的主要因素煤層氣在采出過(guò)程中首先從煤中解吸并以煤層的孔、裂隙系統(tǒng)作為運(yùn)移

9、通道, 因此煤層氣地質(zhì)特征控制著煤層氣采收率，主要包括滲透率、儲(chǔ)層壓力和含氣 飽和度等。與美國(guó)相比，我國(guó)的煤儲(chǔ)層滲透率要低3-4個(gè)數(shù)量級(jí)，低滲無(wú)法形 成以抽采井為半徑的大范圍的解吸擴(kuò)散滲流圈?？赡茉斐擅簩託猱a(chǎn)量過(guò)早低于 經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，導(dǎo)致開(kāi)發(fā)停止，從而使煤層氣采收率降低。煤儲(chǔ)層壓力對(duì)煤層氣含量、氣體賦存狀態(tài)起著重要作用。不僅如此，儲(chǔ)層壓 力也是水和氣體從煤裂隙流向井筒的能量，當(dāng)降低煤儲(chǔ)層壓力，煤孔隙中吸附的 氣體開(kāi)始解吸，向裂隙方向擴(kuò)散，在壓差作用下從裂隙向井筒流動(dòng)。煤層氣開(kāi)采就 是根據(jù)這一原理，通過(guò)排水降低儲(chǔ)層壓力而達(dá)到采氣的目的。我國(guó)煤儲(chǔ)層絕大部 分壓力偏低，低壓一方面表現(xiàn)為沒(méi)有足夠的吸附動(dòng)力

10、，煤體吸附的氣體少；另一 方面使得煤層氣開(kāi)采時(shí)氣流驅(qū)動(dòng)能力不足，產(chǎn)出速率低。含氣飽和度方面,低飽和 是溫度、壓力、圍巖條件、煤的等溫吸附性質(zhì)等綜合作用的結(jié)果。在廢長(zhǎng)期從事 油氣地質(zhì)學(xué)及煤層氣開(kāi)發(fā)方面的研究工作。2.煤層氣賦存狀態(tài)與吸附、解吸機(jī)理特征研究現(xiàn)狀2.1煤層氣賦存狀態(tài)與開(kāi)采的基本理論煤層氣賦存狀態(tài)有三種，吸著態(tài)、游離態(tài)和溶解態(tài)，吸著態(tài)又包括吸附態(tài)、吸 收態(tài)和凝聚態(tài)三種方式，而其中以吸附態(tài)為主與常規(guī)油氣藏最明顯的區(qū)別在于， 煤層氣主要是以吸附狀態(tài)儲(chǔ)存在煤巖層中，煤巖層即是生氣源巖，煤層氣儲(chǔ)集 層。煤儲(chǔ)層是由氣、液、煤基質(zhì)塊和宏觀裂隙、顯微裂隙、孔隙組成的三相介質(zhì) 與三元結(jié)構(gòu)體系，是由相互

11、關(guān)聯(lián)、相互制約和相互作用的一些部分組成的具有某 種功能的組合。煤層氣開(kāi)采理論的基礎(chǔ)是解吸-擴(kuò)散-滲流，與之對(duì)應(yīng)的工藝過(guò) 程是排水-降壓-解吸。氣體通過(guò)煤基質(zhì)擴(kuò)散到煤層內(nèi)生節(jié)理中，擴(kuò)散行為符合 Knudsen擴(kuò)散(微孔)定律Fick擴(kuò)散(中、大孔)定律，擴(kuò)散速度與甲烷濃度、 煤基質(zhì)內(nèi)在擴(kuò)散性能和甲烷運(yùn)移距離有關(guān);流體達(dá)到節(jié)理之后的流動(dòng)特性可用達(dá) 西定律來(lái)描述，隨壓力梯度而變化。2.2煤層氣吸附、解吸機(jī)理研究現(xiàn)狀煤層氣在煤層中的賦存狀態(tài)是煤層氣開(kāi)采理論的基礎(chǔ)。吸附是煤層氣的主要 賦存狀態(tài)。對(duì)于煤層中氣體的吸附，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究工作。在吸附作 用研究中，Langmuir等溫吸附模型和方程長(zhǎng)期

12、占統(tǒng)治地位，國(guó)外在20世紀(jì)70 年代、國(guó)內(nèi)在20世紀(jì)90年代開(kāi)始考慮煤內(nèi)表面的非均勻性，嘗試用勢(shì)差理論模 型、DR方程、GF方程、LF方程描述煤的吸附特征。對(duì)于多組分吸附特征的研究， 雖然開(kāi)始于20世紀(jì)60年代末，但主要是20世紀(jì)90年代以后由于勘探開(kāi)發(fā)的需 要，氮?dú)?、二氧化碳等其他氣體以及不同組分的混合氣體的吸附作用才越來(lái)越 受到重視,研究表明，煤儲(chǔ)層對(duì)氣體的吸附具有以下規(guī)律：煤對(duì)混合氣體總的吸附及可選用Langmuir或BET混合氣體公式作為理論 基礎(chǔ);煤對(duì)常見(jiàn)氣體的吸附能力由強(qiáng)到弱為：二氧化碳，甲烷,氮?dú)?；多組分氣體總吸附量介于強(qiáng)吸附質(zhì)和弱吸附質(zhì)的吸附量之間，隨強(qiáng)(弱) 吸附質(zhì)比例越大，

13、曲線(xiàn)越靠近強(qiáng)(弱)吸附質(zhì)的吸附曲線(xiàn)；多組分氣體中每一組分的吸附量都小于其在相同分壓下單獨(dú)吸附時(shí)的吸 附量;多組分氣體中煤的吸附特性受吸附質(zhì)氣體原始含量、物理化學(xué)性質(zhì)和煤的 變質(zhì)程度控制。組分在氣體中的含量越高，其吸附量就越小,其他組分降低某一組 分的吸附量因其吸附性質(zhì)的不同影響程度不同。在以前的研究工作中，一般在研究壓力和溫度對(duì)煤吸附性能影響時(shí)，是對(duì)這 兩個(gè)因素分開(kāi)進(jìn)行討論的。根據(jù)溫度和吸附量的線(xiàn)性關(guān)系，討論了壓力和溫度綜 合影響下煤吸附性能的變化規(guī)律，得出在較低溫度和壓力區(qū)，壓力對(duì)煤吸附量的 影響大于溫度的影響，隨著溫度和壓力的增加,煤吸附甲烷量增大;在較高溫度和 壓力區(qū)，溫度對(duì)煤吸附能力的

14、影響大于壓力的影響,煤吸附甲烷量減少等結(jié)論。 同時(shí)研究工作還通過(guò)物理模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步揭示了氣液固三相作用條件下煤層 氣吸附參數(shù)的變化特征。解吸作用是與吸附作用的相反過(guò)程，在煤層氣開(kāi)發(fā)中解 吸作用的研究十分重要。與吸附作用研究相比，解吸作用的研究相對(duì)薄弱一些。 近年來(lái)隨著國(guó)內(nèi)煤層氣的開(kāi)發(fā)及研究的深入，煤層氣解吸作用研究也取得了一些 新的認(rèn)識(shí)。張遂安等通過(guò)對(duì)不同樣品不同單組分氣體和不同配比的多組分混合氣 體的等溫吸附解吸實(shí)驗(yàn)?zāi)M實(shí)驗(yàn)，提出煤層又是 氣的具有吸附 解吸過(guò)程的可 逆性和解吸過(guò)程的滯后性，同時(shí)進(jìn)行了煤層氣變形雙重介質(zhì)煤層氣廣義流動(dòng)分 析，建立了變形雙重介質(zhì)煤層氣擬穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)滲流模型。3.

15、國(guó)內(nèi)外提高煤層氣采收率方法我國(guó)的煤礦井下煤層氣抽放始于20世紀(jì)50年代，隨著對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)利 用，煤層氣由單純的井下抽放逐步向地面開(kāi)發(fā)發(fā)展，90年代開(kāi)始試驗(yàn)性的進(jìn)行 煤層氣的工業(yè)化開(kāi)采，但大部分的產(chǎn)氣量不高造成這種現(xiàn)象的主要原因是：我國(guó) 煤層氣地質(zhì)條件復(fù)雜，大多具有低壓、低滲、低飽和三低現(xiàn)象，低壓使氣流驅(qū)動(dòng) 能力不足，低滲無(wú)法形成以抽放鉆孔為半徑的大范圍的解吸-擴(kuò)散-滲流圈，低飽 和是溫度、壓力、圍巖條件、煤的等溫吸附性質(zhì)等綜合作用的結(jié)果。在目前的技 術(shù)條件下，“三低”煤層抽放特別困難。以下將對(duì)多種提高煤層氣采收率的技術(shù) 進(jìn)行概述。3.1煤儲(chǔ)層壓裂技術(shù)煤儲(chǔ)層壓裂技術(shù)是目前煤層氣開(kāi)發(fā)普遍采用的增

16、產(chǎn)措施。這是因?yàn)槿斯毫?形成的誘導(dǎo)裂縫降低或消除了煤層的近井眼傷害，強(qiáng)化了煤層中的天然裂隙網(wǎng) 絡(luò)，擴(kuò)大了有效“井眼半徑”和煤層氣解吸滲流面積，加強(qiáng)了井眼穩(wěn)定性，在井 眼周?chē)纬闪擞行У拿簩託鉂B流通道，有效地提高了煤層氣井的產(chǎn)能。壓裂措施 最關(guān)鍵的技術(shù)就是破裂壓力和瞬時(shí)關(guān)井壓力的設(shè)計(jì)。煤層氣井與常規(guī)油氣井在水 力壓裂技術(shù)方法和壓裂結(jié)果上，既有相似性又有差異性。其差異性主要表現(xiàn)在以 下兩個(gè)方面：煤層中甲烷氣主要以吸附狀態(tài)賦存于煤巖裂隙和基質(zhì)孔隙（微孔 隙）的內(nèi)表面上，其賦存和產(chǎn)出機(jī)理與砂巖天然氣完全不與油氣儲(chǔ)層有顯著差異。 這給煤層氣井的水力壓裂設(shè)計(jì)與研究帶來(lái)了許多新的課題，表現(xiàn)出了其壓裂機(jī)理

17、的特殊性，從而造成不同的壓裂結(jié)果。煤的力學(xué)性質(zhì)決定了其在壓裂時(shí)易形成短 而寬復(fù)雜裂縫。常見(jiàn)的壓裂裂縫有：水平裂縫，在煤儲(chǔ)層埋藏較淺，最小主應(yīng) 力為垂向應(yīng)力時(shí)形成的“丁”形裂縫，對(duì)于單一煤儲(chǔ)層，壓裂裂縫將局限于煤 層內(nèi)，可形成頂部為水平裂縫，中下部為垂直裂縫的復(fù)雜裂縫系統(tǒng)；對(duì)于多層薄 煤層，可形成一組垂直的壓裂裂縫；延入圍巖的裂縫，在對(duì)厚層壓裂后期，垂 直裂縫將向圍巖延伸。因此，在進(jìn)行壓裂設(shè)計(jì)時(shí)要考慮鉆井、測(cè)井、完井、原地 應(yīng)力、壓裂液、支撐劑等方面的資料，以求作出最佳設(shè)計(jì)。3.2氣體驅(qū)替煤層氣（ECBM）技術(shù)氣體驅(qū)替煤層氣（ECBM）技術(shù)涉及的注入氣體可以是二氧化碳或氮?dú)饣蚨?化碳和氮?dú)獾幕?/p>

18、合氣（煙道氣），由于氣相的存在，既可以通過(guò)注入低吸附能力 氣體（氮?dú)猓┎糠纸档图淄榈膲毫?，也可以通過(guò)注入高吸附能力氣體（二氧化碳） 的置換作用提高甲烷的采收率。ECBM技術(shù)主要有兩種方法：注入co2提高煤 層氣產(chǎn)能的技術(shù)，稱(chēng)之為CO2 ecbm。當(dāng)注入到煤層自然裂隙系統(tǒng)時(shí)，CO2優(yōu)先 吸附到原生孔隙系統(tǒng)中，同時(shí)，CO2將驅(qū)使CH 4從原生孔隙系統(tǒng)進(jìn)入次生孔隙系 統(tǒng)。由于CO 2的注入，次生孔隙系統(tǒng)的壓力增加，于是CH 4流向生產(chǎn)井井筒，而 CO則原地儲(chǔ)存起來(lái)，不從生產(chǎn)井中產(chǎn)出。注入N降低CH分壓。當(dāng)N進(jìn) 入煤層的自然裂隙系統(tǒng)時(shí)，CH 4的壓力局部降低，CH 4的解吸速度隨之增加。 但在生產(chǎn)井的

19、生產(chǎn)過(guò)程中，N突破的時(shí)間要比CO早，導(dǎo)致N與CH 一起 產(chǎn)出，因此必須將N2從產(chǎn)出的煤層氣中分離出來(lái)。以N2和CO?為主要成分的 煙道氣可以作為注入氣來(lái)降低成本，煙道氣中N2在煤層的運(yùn)轉(zhuǎn)速度相對(duì)較慢， 而與CO 2 一起可較大幅度提高煤層氣的采收率。3.3注熱開(kāi)采煤層氣技術(shù)注熱開(kāi)采煤層氣技術(shù)主要是通過(guò)向煤層中注入水蒸汽來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在熱量作用 下，煤體和擴(kuò)散全裂隙的煤層氣的性質(zhì)都要發(fā)生變化。一方面，在溫度升高的情 況下，煤體膨脹，孔裂隙受到擠壓后變形，從而阻礙如4氣體分子的流動(dòng)。另一 方面，CH 4氣體吸熱后，其動(dòng)能增加，活性增強(qiáng)，解吸能力增強(qiáng)，煤層內(nèi)吸附平 衡被打破，解吸率提高，大量CH 4從煤

20、體表面解吸出來(lái)并擴(kuò)散全裂隙，使煤層裂 隙中的氣體濃度增加，在增大的濃度梯度和壓力梯度的作用下由裂縫系統(tǒng)流入井 筒，從而煤層氣產(chǎn)量增加。煤層氣的最終產(chǎn)量由二者共同的作用決定。在實(shí)際開(kāi) 采中，先對(duì)煤層進(jìn)行壓裂，再向煤層里注入熱量，有利于煤層氣產(chǎn)量的增加。煤 層氣注熱開(kāi)采主要以水蒸汽為介質(zhì)，按其注入方式不同可分為蒸汽驅(qū)替和蒸汽吞 吐兩種方式。由于蒸汽驅(qū)替效果并不太明顯且成本高，在實(shí)際生產(chǎn)中利用蒸汽吞 吐的方式有較大優(yōu)勢(shì)。3.4洞穴應(yīng)力釋放法洞穴應(yīng)力釋放法既是儲(chǔ)層激勵(lì)技術(shù)，也是一種完井技術(shù)，是在垂直井鉆到煤 層后，煤層以上用套管完井，煤層井段裸眼，再用水力噴射工具切割煤層，然后 壓縮空氣清除煤屑，在緊

21、靠煤層附近或煤層中造成一個(gè)大洞穴。洞穴應(yīng)力釋放法 的開(kāi)采機(jī)理為：洞穴使煤層中的應(yīng)力場(chǎng)的分布形式和大小重新分布。垂直應(yīng)力分 量不再以原來(lái)的大小作用在洞穴之上，而轉(zhuǎn)移到洞穴四周，形成了指向洞穴的煤 層的單向負(fù)荷。設(shè)計(jì)時(shí)又有意使增加負(fù)荷大于煤層的承受能力。未造洞穴前，煤 受到三軸壓縮。水力噴射工具切割煤層，水力噴射的巨大壓力克服煤層的抗壓強(qiáng) 度和抗拉強(qiáng)度，使煤產(chǎn)生裂縫，裂縫附近的煤被破碎，從而形成了垂直于大裂縫 的許多張性小破裂。壓縮空氣又將煤屑從洞穴中清除到地面。水力噴射器不斷地 噴射切割煤層，不斷產(chǎn)生裂縫，張性小破裂繼續(xù)增加，產(chǎn)生的煤屑不斷地清除到 地面，洞穴增大，煤層崩落并向洞穴里垮塌，使煤層

22、進(jìn)一步破碎成小塊，形成去 應(yīng)力帶、超應(yīng)力帶的范圍不斷增加，洞穴隨之繼續(xù)增大，碎煤不斷增多。這種效 應(yīng)一直向煤層內(nèi)部不斷延伸，直到煤的承載能力等于或超過(guò)重新分布的應(yīng)力，才 停止擴(kuò)延。這種效應(yīng)的影響范圍可以擴(kuò)展到洞穴周?chē)?00 m以上。從洞穴中排 掉垮塌煤塊形成一個(gè)范圍很廣的松弛帶，松弛帶現(xiàn)存裂縫敞開(kāi)，使煤層和圍巖更 具有滲透性。開(kāi)采煤層氣的過(guò)程，一方面排水加速壓力降落，另一方面采出解吸氣也加速了壓力降落，使煤層應(yīng)力再重新分布，洞穴周?chē)乃沙趲У姆秶€會(huì)再 增加。概括起來(lái)，該方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：第一，產(chǎn)生了大量的張性破裂，縮短了 解吸氣的擴(kuò)散路徑，減少了擴(kuò)散阻力，增加了解吸速度，張性破裂對(duì)解吸速度的

23、 影響比大裂縫更為有利并且會(huì)造成和延長(zhǎng)解吸氣的自噴期。第二，洞穴應(yīng)力釋放 方法極大地減小了煤的顆粒，從而增加了甲烷的解吸速度。第三，洞穴應(yīng)力釋放 法產(chǎn)生裂縫和大量的張性破裂，使煤層水盡快釋放并流入洞穴，一方面煤層水含 量減少，加速甲烷的解吸速度；另一方面，應(yīng)力的減小，也加速甲烷的解吸速度。 第四，水力噴射器的高壓水與煤層的摩擦，應(yīng)力分布，增加了煤層的溫度，從加 速了解吸速度。第五，洞穴應(yīng)力釋放法在煤層中產(chǎn)生裂縫和大量的張性破裂，極 大地增加了解吸后的甲烷氣的滲流速度。3.5聲震法提高煤層氣采收率技術(shù)聲震法提高煤層氣采收率技術(shù)主要表現(xiàn)在兩面：第一，聲場(chǎng)促進(jìn)煤層氣在煤 層微孔中解吸一擴(kuò)散；第二，聲

24、場(chǎng)促進(jìn)煤層氣在空裂隙系統(tǒng)中滲流。聲波的機(jī)械 振動(dòng)作用和熱效應(yīng)是聲場(chǎng)促進(jìn)煤層氣在煤層微孔中解吸一擴(kuò)散的主要原因。在聲 波的振動(dòng)作用下，毛細(xì)管半徑變大或變小，煤體質(zhì)點(diǎn)易發(fā)生位移、破碎，使煤體 中產(chǎn)生新的裂縫網(wǎng)，裂隙和孔隙增多，煤巖骨架和其中的流體也產(chǎn)生振動(dòng)，有利 于CH氣體從煤巖體中解吸；熱效應(yīng)使煤體溫度升高，從而加大自由氣體分子 4的碰撞，為氣體脫附提供能量，CH 4增大，吸附CH 4分子發(fā)生解吸的可能性 就越大，聲場(chǎng)促進(jìn)煤層氣的滲流主要表現(xiàn)為：聲場(chǎng)可以提高煤層的溫度，改變煤 層溫度分布，促進(jìn)煤層氣的解吸和擴(kuò)散；聲場(chǎng)在煤層中存在明顯的衰減，在其衰 減范圍內(nèi)，聲場(chǎng)對(duì)煤層存在機(jī)械振動(dòng)、機(jī)械損傷和熱效

25、應(yīng)，可以大幅度提高煤層 的滲透率，降低煤層的應(yīng)力，促進(jìn)煤層氣在孔裂隙中的滲流。4 .注氣增產(chǎn)法開(kāi)發(fā)煤層氣的研究方向匹1=1總結(jié)國(guó)內(nèi)外的研究成果，煤層氣注氣提高采收率的可行性和原理已經(jīng)得到了 充分的論證，然而，前人的研究工作多集中在純理論的研究階段，將這種理論技術(shù) 和實(shí)踐結(jié)合較少，理論研究中還存在許多問(wèn)題主要有：1）應(yīng)通過(guò)吸附解吸實(shí)驗(yàn)，深入研究多組分氣體2）通過(guò)注氣驅(qū)替滲透實(shí)驗(yàn),研究煤層氣采出率與注氣成分、注氣周期、注氣 壓力之間的關(guān)系3）研究煤變質(zhì)程度及煤巖組分對(duì)注氣效果影響。4）開(kāi)展高溫、高壓下的儲(chǔ)層注氣效果評(píng)價(jià)。5）依據(jù)前述研究結(jié)果和質(zhì)量守恒原理，通過(guò)微元分析建立多組分氣體在煤 層氣中的相對(duì)擴(kuò)散滲透微方程，并進(jìn)行數(shù)值模擬，以確定生產(chǎn)井煤層氣速率與注 氣工藝參數(shù)和儲(chǔ)氣參數(shù)等因素之間的關(guān)系，尋找提高煤層氣采出率的最佳途徑。 通過(guò)以上研究，從理論上搞清多組分氣體在煤層中的相對(duì)擴(kuò)散滲透規(guī)律，為注氣 開(kāi)發(fā)煤層氣設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)