煤层气吸附解吸规律及压裂液增产技术研究：研究背景、目的和意义

2023-11-18 理论教育版权反馈

【摘要】：美国是世界上开采煤层气最早和最成功的国家，其商业化开发利用煤层气资源在全世界产生了积极的示范作用。煤层气的勘探开发具有重要的意义。在煤矿采煤的过程中，煤层气一直都是影响煤矿安全生产的主要灾害，它可以造成重大的人员伤亡和经济损失。

随着世界经济的快速增长，世界各国对能源的需求量也日益增大，石油等常规能源的供给已经很难满足现代社会经济发展的需要，而能够改变这一现状的有效途径就是加大对非常规能源（如煤层气、油砂等）的开发利用，以此来作为原油的补充能源。目前国际油价动荡不稳，世界常规能源的供给形势日益严峻，国际上已经把勘探开发煤层气能源作为21世纪能源发展的主要议题。

煤层气不同于常规天然气，它是赋存在煤岩储层及其围岩之中的一种自生自储式的非常规天然气，是一种新型洁净而且经济的重要资源，开发这种新型能源，对缓解现在能源的供需矛盾、实施可持续发展的能源战略、保护人类的生存环境、解决煤炭开采中的安全问题等都具有十分重要的现实意义，因而它引起了世界各国的广泛关注。它的开发利用具有一举多得的功效：能够提高煤层瓦斯事故的防范水平，具有安全效应；能有效减排温室气体，产生良好的环保效应；作为一种高效、洁净的能源，能够产生巨大的经济效益。如果能把煤层气充分地利用起来，可以用于发电燃料、工业燃料和居民生活燃料，还可液化成汽车燃料，也可广泛用于生产合成氨、甲醛、甲醇、炭黑等方面，成为一种热值较高的洁净能源和重要原料，开发利用的市场前景十分广阔[1-4]。

美国是世界上开采煤层气最早和最成功的国家，其商业化开发利用煤层气资源在全世界产生了积极的示范作用。世界其他国家也开始重视煤层气的勘探和开发试验，并积极发展美国的地面钻井开采技术，在煤层气资源的勘探钻井、采气和地面集气处理等技术领域均取得了重要进展，有少数国家（如澳大利亚等）已进入了工业化开采阶段，促进了世界煤层气工业的迅速发展。而目前我国对煤层气的开采尚处于起步阶段，还没形成煤层气的商业性开采，所以开展对煤层气开采方面的研究具有十分重要的意义。同时，我国煤层气资源也相当丰富，据一些煤层气资源预测结果显示，我国陆地上的烟煤和无烟煤煤田中，埋深在300～2 000m范围内的煤层气资源量约为31.46×1012m3，其储藏量在世界排名第二[1]。

煤层气的勘探开发具有重要的意义。首先，煤层气是一种新型的洁净能源，其开发利用可以在很大程度上弥补常规油气资源的不足，在我国不论是工业市场还是民用市场都有着广阔的使用前景。丰富的资源量、广阔的使用前景，这就决定了我国开发煤层气的必然性。其次，安全成功地开发利用煤层气可以减轻矿井灾害程度，降低矿井的生产成本。在煤矿采煤的过程中，煤层气一直都是影响煤矿安全生产的主要灾害，它可以造成重大的人员伤亡和经济损失。为了保证井下作业的安全性，煤层甲烷气一直被作为一种有害气体直接排放到大气中。开采了煤层中赋存的部分甲烷气后，可以有效地降低灾害程度，减少安全方面的投入，直接降低矿井的生产成本。再次，开发和利用煤层甲烷气可以减少温室效应的发生，保护了大气环境。甲烷是主要的温室气体之一，其温室效应是二氧化碳的20多倍。而煤矿开采时排放的甲烷量就占所有化石燃料排放量的一半。因此，开发利用煤层甲烷气可以有效地降低温室效应。如果能加大对煤层气的开发利用，可以减轻原油的供给压力，充分缓解我国的能源危机，所以煤层气是我国21世纪的重要接替能源之一，同时对我国的经济可持续发展和解决国家能源短缺问题具有十分重要的意义。(www.chuimin.cn)

我国迄今共在42个地区进行过煤层气的勘探，并发现这些地区具有商业开采的可能性，但是由于一直没有解决煤层气在煤层中解吸-扩散-渗流-运移等的机理问题，所以国内煤层气的开采没有得到进一步的发展。通过扫描电镜（SEM）、X-ray衍射（XRD）、等温吸附等实验研究煤岩储层的孔隙和裂缝特征，煤层物质组成以及煤层气的吸附-解吸的特征及变化规律，可以有效地指导临界解吸压力和理论采收率的计算，并选择出一种高效的、对地层伤害小的压裂体系，以此来降低煤层气的开采成本，实现煤层气的商业性开采，有效缓解石油、天然气的能源短缺危机，减少对原油进口的依赖性。

煤层气在地球化学特征、储集性能、成藏机制、流动机理、气井产量动态等方面与常规天然气有着明显的差别，必须要用不同于常规油气的理论和方法来指导煤层气的勘探开发。

煤层气吸附解吸规律及压裂液增产技术研究：研究背景、目的和意义

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