《褐煤煤層原位注過熱水蒸汽控制壓裂機理研究》是依託太原理工大學，由馮子軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：褐煤煤層原位注過熱水蒸汽控制壓裂機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：馮子軍
- 依託單位：太原理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
我國褐煤資源極為豐富，但含水率高、發熱量低、發火期短等問題制約了褐煤的大規模開發與利用。原位注熱脫水與提質改性技術工序簡單、能力大、投資少，是褐煤大規模開發與利用技術發展的新方向。該技術的關鍵步驟是水力壓裂建造水平裂縫。考慮過熱水蒸汽對煤具有壓裂和熱解雙重作用，採用過熱水蒸汽（600℃）實施壓裂以形成水平裂縫是有效方法。項目採用現場調研、試驗研究、理論分析與數值模擬相結合的研究方法，研究三軸應力-熱應力-熱解作用下褐煤物性參數演化規律；研究三軸應力-熱解作用下人工預製單一未貫通裂縫的張開度與滲流特性演化規律、褐煤煤層壓裂裂縫起裂擴展機制及形成水平裂縫的控制條件；建立地應力-蒸汽壓力-熱應力-熱解（THMC）耦合作用下褐煤煤層原位注過熱水蒸汽控制壓裂數學模型，通過數值模擬，分析壓裂過程中煤層熱解變形、裂縫滲流與傳熱傳質規律，為褐煤原位注熱脫水與提質改性工程的關鍵步驟實施提供技術支持。
結題摘要
我國褐煤等低變質程度煤儲量極為豐富，如果能通過地下處理將煤中的有機成分提取出來，不僅節約開採成本，而且一定程度上緩解油氣緊張問題。但褐煤含水率高、發熱量低、發火期短等問題制約了褐煤的大規模開發與利用。原位注熱脫水與提質改性技術工序簡單、能力大、投資少，是褐煤大規模開發與利用技術發展的新方向。該技術的關鍵步驟是水力壓裂建造水平裂縫。考慮過熱水蒸汽對煤具有壓裂和熱解雙重作用，項目採用過熱水蒸汽（T＜600℃）對褐煤煤層實施壓裂以形成水平裂縫。通過本項目得出如下結論： （1）褐煤地層受長期地質作用及地層自身地質結構因素影響，局部地區地應力場以靜水應力場為主。 （2）褐煤熱解引起內部孔隙結構發生顯著變化，低溫階段(T＜300℃)，由於煤中水分和自由氣體的散失而產生大量裂紋；在高溫階段(T＞300℃)，有機質的熱解導致煤中大量孔隙裂隙的形成，稱這種因熱解作用導致煤等一類富含有機質的岩石發生破壞的現象為熱解破裂。與無機岩石的熱破裂過程相比，煤的熱解破裂在破裂機理、裂紋起始位置、裂紋形態方面具有顯著的獨特性。 （3）三軸應力-熱應力-熱解耦合作用下褐煤彈性模量和滲透率隨溫度非單調變化，均表現為先增大後降低。彈性模量在200℃達到最大值，滲透率在100-150℃達到最大值。 （4）三軸應力-熱應力-熱解耦合作用下褐煤單一裂縫滲透率隨溫度變化和完整試樣相同，先增大後降低，100℃-150℃增至最大值。 （5）THMC耦合作用下褐煤煤層原位注過熱水蒸汽控制壓裂過程中，壓裂連通時，距離注熱井20m範圍內蒸汽溫度高於300℃；在地層的垂直剖面上，溫度場分布形態為一橢圓形。壓裂－熱解過程中，裂縫內高溫流體存在明顯的溫度梯度，裂縫前端主要是由壓裂引起的張開度，高於300℃的裂縫後端是壓裂與煤熱解的複合作用引起的張開度；在注熱井和生產井未連通前，壓裂－熱解通道上的裂縫張開度比較小，隨著兩井貫通，壓裂通道上的裂縫張開度迅速增加，此時已形成對流加熱，高溫蒸汽能夠迅速地加熱煤層。
