国外煤层气储层吸附解吸规律及压裂液增产技术研究现状

2023-11-18 理论教育版权反馈

【摘要】：美国是世界上煤层气勘探、开发和生产最活跃的国家，在研究、勘探、开发利用煤层气方面处于世界领先地位，是世界上率先取得煤层气商业化开发成功的国家。Stevenson等人[19]在温度为30℃、压力高达5.2MPa时对澳大利亚Westcliff Bulli干煤进行了CH4、CO2和N2二元、三元混合气体的吸附试验和研究；Greaves等人[20]研究了Sewickley煤层在温度为23℃时干煤中混合气体CH4、CO2的吸附与解吸等温曲线，该研究证明，吸附与解吸等温曲线之间存在滞后现象。

煤层气是煤层本身自生自储式的非常规天然气，世界上有74个国家蕴藏着煤层气资源。全球埋深浅于2 000m的煤层气资源约为2.4×104m3，是常规天然气探明储量的两倍多，世界主要产煤国都十分重视开发煤层气。

美国是世界上煤层气勘探、开发和生产最活跃的国家，在研究、勘探、开发利用煤层气方面处于世界领先地位，是世界上率先取得煤层气商业化开发成功的国家。在勘探初期，美国政府投入了大量的资金，由美国地质调查局和美国天然气技术研究所牵头，组织有关公司和科研机构开展煤层气资源开发技术的研究，这一切为美国煤层气产业的形成和发展起到了巨大的推动作用[5-8]。

早在20世纪初美国就开始在井下开采煤层气，美国商业性的煤层气开发活动始于20世纪70年代末至80年代初，美国通过采煤前预抽和采空区井抽放回收煤层气，并开始进行地面开采煤层气试验，由于税收优惠政策的推动以及技术创新的带动，美国煤层气量由1985年的2.38×108m3迅速增加到1995年的2.76×1010m3，十年内煤层气产量增加了100倍，其中近96%的煤层气产自圣胡安和黑勇士盆地，同时煤层气生产井数目也由213口增加到6 700口，到了1997年，其产量达到3.2×1010m3，基本形成了产业化规模[5-8]。

随着理论研究的深入和技术条件的改善，美国煤层气勘探开发的领域不断拓展。粉河盆地煤层气的开发便是其中较为典型的代表。粉河盆地独特的地质条件和煤储层特征以及全新的完井技术，使该盆地成为一个蓬勃发展的煤层气开发区。除了粉河盆地外，美国犹因塔盆地东部的低阶煤含煤区的煤层气开发同样获得了巨大成功，在Drunkard’s Wash项目区，在Ferro组煤层中获得了商业性的煤层气产量，480口井中每天可生产出600×104m3的煤层气。(www.chuimin.cn)

研究表明，煤储层物性非均质性严重制约着煤层气的含气量和可采性，例如，在美国黑勇士和圣湖安盆地，同一气田的相邻两口气井的采气范围相差6倍之多，为了解决这一问题，美国很早就开始了煤储层物性非均质性及其控制机理的研究。在开采技术方面，美国采用地面钻孔水力压裂开采煤层气技术和煤层气回收增强技术。煤层气回收增强技术是把CO2注入不可开采的深煤层中加以储藏，同时排挤出煤层中所含的甲烷加以回收的过程，氮气也同样适用于这一方法。

煤层气开发利用起步较早的国家还有英国、德国、俄罗斯等，这些国家主要采用煤炭开采前抽放和采空区封闭抽放的方式抽放煤层气，在多分支羽状水平井、连续油管压裂等技术方面，产业发展较为成熟。

由于煤层气主要以甲烷为主，同时伴随少量的重烃类气体，因此研究煤层气的吸附解吸也是开采煤层气的重点，国外许多学者为此做了大量的科研工作。煤对气体的吸附多属于物理吸附，并且多借助于吸附等温线的规律。最初的吸附实验多集中于煤对甲烷的吸附，随着煤对多元气体的吸附实验的研究，逐渐开展了煤对二氧化碳、氮气等的吸附研究[9-16]。研究表明：同一煤对三种气体的吸附能力为CO2>CH4>N2[17，18]。Stevenson等人[19]在温度为30℃、压力高达5.2MPa时对澳大利亚Westcliff Bulli干煤进行了CH4、CO2和N2二元、三元混合气体的吸附试验和研究；Greaves等人[20]研究了Sewickley煤层在温度为23℃时干煤中混合气体CH4、CO2的吸附与解吸等温曲线，该研究证明，吸附与解吸等温曲线之间存在滞后现象。

国外煤层气储层吸附解吸规律及压裂液增产技术研究现状

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