煤層氣是存在于煤層中的一種主要清潔能源。目前煤層氣的回收率非常低，尤其是在地面開采時(shí)，這是由甲烷在煤的孔隙和裂隙上的強(qiáng)吸附以及煤層的低滲透性所致。
該綜述在能量平衡理論的基礎(chǔ)上，提出了一種利用注入能量刺激提高煤層氣采收率的理論，從能耗的角度分析了煤層中甲烷的解吸和運(yùn)移，提出了兩種提高煤層滲透率的增產(chǎn)技術(shù)，即超臨界二氧化碳?jí)毫押妥⒄羝麩釅毫选?/span>
文章介紹和分析了超臨界二氧化碳提高煤層氣采收率的實(shí)驗(yàn)研究和相關(guān)結(jié)果。結(jié)果表明，隨著有效應(yīng)力的增加，四種不同級(jí)煤樣中超臨界二氧化碳的滲透率以負(fù)指數(shù)函數(shù)的形式降低。深部高煤階煤層的超臨界二氧化碳輸送能力低于淺部低煤階煤層。通過對(duì)焦煤中二氧化碳與甲烷的總滲透率進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，隨著二氧化碳含量的增加，滲透率以對(duì)數(shù)函數(shù)的形式降低。與氣態(tài)二氧化碳相比，超臨界二氧化碳在煤層中具有更高的輸送能力，在含甲烷的合成體系中，總滲透率隨其含量的增加而降低。超臨界二氧化碳強(qiáng)化煤層氣回收實(shí)驗(yàn)表明，如果將生產(chǎn)氣體中每種含量的50%定義為經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的閾值，則四種煤階煤樣的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)時(shí)間不同。氣煤和無煙煤的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)所需時(shí)間比低階的弱粘結(jié)煤要長。
此外，研究還表明，不同煤階煤具有不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和輸送特性。然而，超臨界二氧化碳可以通過改變孔隙體積或孔隙和裂隙結(jié)構(gòu)改變不同煤種的原始結(jié)構(gòu)。研究還介紹了煤層氣開采理論和技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)和前景。該研究對(duì)于提高清潔能源煤層氣回收率和深部煤層地下溫室氣體長期穩(wěn)定封存具有重要意義。
同時(shí)該研究團(tuán)隊(duì)趙建忠副教授應(yīng)邀為該?？珜懻撐?，研究了天然氣水合物分解過程中的產(chǎn)氣和產(chǎn)水剖面以及三軸壓力的演變特征，發(fā)現(xiàn)井底壓力呈現(xiàn)出明顯的四階段現(xiàn)場(chǎng)降壓模式，包括急劇下降階段、波動(dòng)階段、逐步階段和最終穩(wěn)定階段，大部分產(chǎn)氣量在天然氣水合物分解的波動(dòng)階段和分步階段得到恢復(fù)。
上述相關(guān)研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委杰出青年基金項(xiàng)目，科技部和國家外國專家局高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃(111計(jì)劃)的資助。
來源：太原理工大學(xué)
