煤炭学报

作者：范张磊, 范钢伟, 张东升, 韩学森, 任闯难, 岳鑫, 范祎博, 杨丛鑫, 张世忠,

关键词：多场耦合, 注气增产, 混合物比例, 临界埋深, 采出率,

CO2/N2混合气注入深部不可采煤层是一种高效的碳封存和采出率提升方法。基于改进并验证的多元气体注入热−流−固耦合模型与嵌入数理统计储层物性参数的数值模型，分析了不同埋深条件下常规开采与注气开采对应的储层参数演变与固碳增产特征，并以提升甲烷采出率为指标优化了混合气摩尔分数，提出了基于采收特征的临界埋深效应。结果表明：常规开采条件下，随着埋深的增大，采出率呈降低趋势，产气速率峰值、储层温度降幅、渗透率增幅均呈现先增大后降低趋势，且在700 m埋深达到极值；埋深大于临界值时，储层压力增大的增产作用弱于温度升高、地应力升高、渗透率降低对采收的综合抑制作用；煤层气解吸和温度降低引起的基质收缩大于有效应力增加引起的裂隙压缩，渗透率随时间呈增加趋势且由温度主控。注气增产条件下，高CO2摩尔分数对应的煤层气采收速率差别较小，随着埋深增加，煤层气采收速率随CO2摩尔分数升高的变化趋势由单调降低转变为先降低后升高；高CO2摩尔分数及持续注入激活基质膨胀，注入井侧渗透率下降范围与幅度增大，并在800 m埋深达到极值；随着CO2摩尔分数的升高，储层温度场发生显著变化，由整体降温转变为注入井侧升温、生产井侧降温；测点温度变化幅值随埋深呈现先增加后减小的非线性特征，CO2摩尔分数升高导致拐点向浅部迁移；随着埋深的增大，裂隙系统流体压力比值逐渐增大，峰值对应时间先减小后增大；受CO2驱替效应和吸附竞争作用的双重影响，注入井侧CH4贫化程度显著高于生产井侧；碳封存量与埋深关系和渗透率比值与埋深关系较为一致；较大的埋深、较低的注入压力及较低的渗透率对应较低的最佳CO2摩尔分数；最佳CO2摩尔分数对应的甲烷累计采收量及其增产幅度随埋深呈单峰分布，分别在700、900 m埋深处达到极值；CO2吸附膨胀系数调控大基质应变效应控制最佳CO2摩尔分数与二氧化碳强化煤层气开采CO2-ECBM的有效性。分析注气增产效率、残余含气量等指标，发现埋深大于900 m时，单一注气增产技术效果不佳；对于低渗透储层，储层改造相较于注入参数优化更能显著提升CO2封存效率与煤层气采出率，低渗透率是制约深部储层开发的关键因素。

来源：2025年第8期

《煤炭学报》期刊编辑部

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