随着全球对清洁能源需求的不断增长,煤层气作为一种高效、清洁的非常规天然气资源,其高效排采研究具有重要的现实意义。我国是世界上煤层气资源最丰富的国家之一,但长期以来,我国煤层气资源多分布于深部复杂地质构造区域,埋深大、渗透性差、单井产量低等问题突出。煤层气的高效排采不仅可以提高煤矿的安全生产水平,还是天然气增储上产的重要手段。在煤层气的开采过程中,通常需经历“排水—降压—解吸—扩散—渗流”这几个关键阶段。其中,解吸—扩散—渗流环节尤为关键,它们不仅是煤层气开采过程中的重要步骤,也是评估煤层气资源量、预测产能的重要参数。因此,深入研究煤层气解吸和渗流特性,不仅是提高我国清洁能源供应能力的关键,也是推动我国能源结构转型、实现“双碳”目标的重要举措。 为探究采动影响区的解吸和渗流特性,本文以中国贵州文家坝矿区和青龙矿区采动影响中的煤样作为研究对象,以物理实验和数值模拟相结合的研究方法,研究了煤储层的孔隙结构特征、不同温压下的吸附/解吸特性以及渗透率变化规律,通过COMSOL软件模拟煤层气开采,揭示了煤层气孔隙结构特征与解吸和渗流特性的关联,分析了主要因素对于煤层气产量的影响,为煤层气井在甲烷方面提供一定的理论支撑和实用指导。主要结论如下: (1)文家坝样品的比表面积和孔隙体积显著高于青龙样品。文家坝的吸附孔隙较为发达,但孔隙连通性较差,导致其渗透率较低。这种结构使得煤储层内部的煤层气含量较高,但渗流和扩散通道发育不足。相比之下,青龙煤样的微孔、大孔和微裂缝较为发达,连通性良好,吸附孔和渗流孔也较为发育,因此其储存和运输煤层气的条件更为优越。 (2)甲烷吸附量与温度呈负相关,而解吸量和扩散系数则与温度呈正相关。随着温度升高,低效解吸阶段缩短,而敏感、快速和缓慢解吸阶段相应延长,从而提高了样品的整体解吸速率。此外,煤阶越高,解吸难度越大。高温低压条件更有利于煤层气的扩散。煤样的吸附量与有效应力成反比,渗透率与吸附平衡压力也成反比。低有效应力和低吸附平衡压力有利于煤层气井中甲烷的排采。温度与解吸速率成正比,且随着温度升高,解吸有利压力升高。 (3)渗透率与有效应力呈负指数关系,青龙样品的应力敏感性高于文家坝样品。随着有效应力的增加,渗透率会大幅降低,因此应将有效应力控制在较低水平,以减少渗透率的损害程度,从而提高甲烷的采收率。 (4)储层压力对瓦斯压力梯度、解吸速率和压力衰减有显著影响。在高储层压力下,瓦斯压力梯度较大,解吸速率较快,压力衰减速度先快后慢;而在低储层压力下,瓦斯压力变化较为平缓,压力衰减速度先慢后快。渗透率的提高可以显著提升瓦斯的流动性、日产量和抽采率,且渗透率越高,瓦斯压力降低速度越快,压力差减少越明显,有助于基质和裂隙中瓦斯压力的平衡。温度升高则有助于提高瓦斯抽采率,并减缓瓦斯日产量的下降速度。在不同温度条件下,青龙矿区的瓦斯抽采率普遍高于文家坝矿区,这可能与青龙矿区更高的孔隙体积和渗透率等因素有关。 本文对文家坝和青龙矿区煤层气储层的地质特征、吸附解吸特性、渗透率变化规律以及储层压力和温度对瓦斯抽采的影响进行了系统分析,揭示了不同矿区煤层气储层的差异性及其对排采效率的影响机制。研究结果不仅为优化煤层气排采工艺提供了科学依据,还为矿区的资源开发和生产管理提供了参考价值。通过深入分析比表面积、孔隙结构、渗透率、吸附解吸特性以及储层压力和温度对瓦斯排采的影响,为提高煤层气排采效率、降低开采成本、实现资源的高效利用和可持续开发提供了理论参考。