摘要：在简述煤层气开采技术发展历程基础上,针对煤层气抽放开采率低的问题,提出了注能改性驱替开采煤层气技术,并从有效应力与热力学原理,能量平衡理论等方面进行了可行性分析。通过自主研发系列实验设备,对大尺寸、低渗透煤样进行了不同应力与温度条件下的渗透与驱替置换实验,揭示了注CO2驱替开采煤层气的机理、规律与特征。研究结果表明:CO2在煤体表面的吸附势大于CH4,CO2吸附引起的煤体表面自由能变化和吸附热均强于CH4,注能(CO2)有助于煤层气采收率提高;在一定的约束应力条件下,注入压力升高,CO2吸附引起的煤体表面自由能变化和吸附热升高,同时作用在煤体上的有效应力降低,煤体的渗透性增强,CO2驱替置换效果提高,反之,注入压力不变约束应力增大,有效应力增加,煤体渗透率降低,驱替置换效果变差;煤体对超临界态CO2有很强的吸附性,在较大的有效应力和较低渗透率条件下,依然能保持较高的CO2/CH4置换率;提高注入CO2温度,有助于部分吸附CH4解吸,但同时煤体对CO2吸附能力也减弱,导致CO2/CH4置换率有所降低。

关键词：煤层气开采 注能改性 co2驱替 渗透率 置换率 

单位：太原理工大学矿业工程学院; 山西太原030024; 太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室; 山西太原030024