[发明专利]多层叠置含气系统CO2分层驱替CH4模拟试验方法

说明书

本发明公开了一种多层叠置含气系统CO₂分层驱替CH₄模拟试验方法，包括以下步骤：试验准备、加载应力、瓦斯吸附、甲烷驱替、结束一次试验和同组其他试验。其中试验采用的试件箱的内底透气板分区设置，并在各个透气板下方设置气流通道，在型煤成型时，试件箱内的煤层与透气板一一对应，煤层之间间隔有相似材料用于模拟岩层，在每一煤层内各自埋入与Y向压力方向相反的抽采支管，从而提出了一种多层叠置含气系统水平井CO₂分层驱替CH₄模拟试验方法，为多层叠置含气系统水平井CO₂驱替CH₄的后续研究奠定了基础。

技术领域

本发明属于煤层气开采模拟试验技术领域，具体地讲，特别涉及一种多层叠置含气系统CO₂分层驱替CH₄模拟试验方法。

背景技术

目前，煤层气是一种由煤层生成并主要以吸附状态储集于煤层中的非常规天然气，主要成分为甲烷。煤层气是我国21世纪重要的新型洁净能源和战略资源。我国煤层气资源量巨大，其中埋深在1000～2000m的资源量占2000m以浅总资源量的三分之二以上。多层叠置含气系统是近年来在单一含煤层气系统的基础上提出并经过论证的学术观点。它指在同一区域内，垂向叠加多个相互独立的含煤层气系统，为沉积-水文-构造条件耦合控气的产物，主要存在于我国西南地区，如滇东－黔西地区。黔西地区晚二叠世龙潭组和长兴组形成于陆相—海陆过渡相沉积环境，含煤3~80层，可采1~26层；垂向上发育2~3个煤层群，煤层间距变化于<1.0~30m之间，具备多煤层开采煤层气的地质条件。

我国煤层气开发所面临的主要问题是煤储层压力、渗透率和含气饱和度普遍较低，从而造成大部分煤层气井产气率很低，回采周期很长，严重制约了我国煤层气产业的发展。20世纪末，随着美国圣胡安盆地将CO₂注入煤层以提高煤层气采出率(CO₂－ECBM)实验的成功，有关煤对CH₄/CO₂二元气体吸附实验的研究成为热点。就煤层注气增加产气率或促排煤层甲烷而言，目前人们比较关注是CO₂和N₂(或空气)。煤对气体吸附能力由强到弱的顺序是CO₂>CH₄>N₂。从煤层气开采的角度看，CO₂是一种十分理想的注气气源，因为CO₂注入煤层后，不仅可以大量地置换吸附状态的CH₄，增加甲烷的采出率，还能将CO₂这一温室气体埋藏在地层中，避免其对大气的污染。

CO₂驱替CH₄的原理主要包括以下几点：①注入气体后，煤层气的分压被降低，煤层气解吸与三维应力有关，当压力降低时，有利于煤层气解吸；②气体注入后，由于煤层内部空间有限，煤层气会被驱赶出来；③注入气体，总的压力必然会提高，打破原来的压力平衡状态，在压差的作用下能够增大流速，也有利于煤层气的解吸；④由于气体与甲烷竞相吸附能力的不同，注入气体后可引起煤层膨胀或收缩以此来降低或提高煤层渗透性。

目前关于CO₂驱替CH₄的模拟试验主要针对小尺度、伪三轴条件下进行研究，无法有效消除边界效应且不能真实还原现场复杂地质情况，最重要的是难以对“多层叠置含气系统”进行CO₂分层驱替CH₄试验研究，因此有必要提出一种多层叠置含气系统CO₂分层驱替CH₄模拟试验方法，以弥补这方面的不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种多层叠置含气系统CO₂分层驱替CH₄模拟试验方法，用于研究各参数对多层叠置含气系统中CO₂驱替CH₄的影响。