【摘 要】
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CO2-ECBM(CO2-Enhanced coalbed methane)是CCUS(Carbon Capture,Utilization and Storage)的有效手段之一,我国碳排放量常年居世界首位,且我国低阶煤储量丰富,但是在浅层低阶煤CO2-ECBM的研究尚属欠缺。因此,本文将以浅层低阶煤场地试验为背景,针对储层和井筒两个工程主体,分别进行数值模拟研究。主要的研究内容如下:(2)基于
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CO2-ECBM(CO2-Enhanced coalbed methane)是CCUS(Carbon Capture,Utilization and Storage)的有效手段之一,我国碳排放量常年居世界首位,且我国低阶煤储量丰富,但是在浅层低阶煤CO2-ECBM的研究尚属欠缺。因此,本文将以浅层低阶煤场地试验为背景,针对储层和井筒两个工程主体,分别进行数值模拟研究。主要的研究内容如下:(2)基于CMG-GEM数值模拟软件,建立典型的单井注采数值模型,得到了注采过程中压力、气体吸附解吸、渗透率的动态演变过程,同时对渗透率、孔隙度、气体解吸时间常数、体积应变参数等参数进行敏感性分析。(3)随后建立了浅层低阶煤工程背景下的数值模型,针对现场试验的多井开采和单井多次注入的全过程进行了数值模拟,利用数值模拟对现场实测数据进行了历史拟合,得到了一套相对准确的储层参数,并对本项目的相关过程进行了数值预测。(4)最后建立了竖直井筒的CO2注入井动力学模型,针对CO2短期的瞬态流动传热导致的相变过程进行了数值模拟。并对实际工程中开井后的瞬态压力波动进行了历史拟合,研究了注入温度和围岩传热的影响。根据研究结果,主要得出下列结论:(1)CO2注入后主要集中于井底附近,当距离井底的距离增大时,压力迅速降低。CO2的注入会使得CH4解吸,且解吸量远大于常规开采;注入CO2阶段渗透率先短暂增大后降低,生产阶段渗透率先减小后增大。渗透率等参数对注入和开采过程均有一定的影响。(2)利用数值模型可以准确的模拟实际工程过程。数值预测表明浅层低阶煤可以使得几乎百分百的CO2储存于煤层,基质内的CO2浓度和吸附量受到注入时间的影响。(3)注入温度越低,井筒内CO2越容易转变为液态;注入温度高于地层温度时,CO2可能会出现短暂的液化现象,导致井底温度大范围变化。分析了绝热模型和传热模型预测,在开井后的短期过程,CO2与井筒和围岩尚未达到热平衡,传热效应显著,井筒内存在复杂的相态转变;并预测长时间注入时,井底温度会超过注入温度,井底有可能会有超临界态CO2存在。总之,本论文针对CO2注入浅层低阶煤现场试验,在特色的历史拟合数值模拟研究的基础上,探索CO2-ECBM过程中井筒流体相态变化的定量分析方法,为实现井筒与储层相互作用的历史拟合方法奠定了基础。
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