深部煤层二氧化碳地质存储与煤层气强化开发有效性理论及评价
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作者桑树勋
出版社科学出版社
ISBN9787030638441
出版时间2020-09
装帧平装
开本32开
定价298元
货号1202152789
上书时间2024-08-06
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序
前言
章 绪论 1
1.1 CO2-ECBM 及其有效性 1
1.1.1 CO2-ECBM 1
1.1.2 CO2-ECBM 有效性 3
1.1.3 意义及应用前景 7
1.2 CO2-ECBM国内外研究现状 8
1.2.1 CO2-ECBM相关的吸附过程与CO2 存储容量 9
1.2.2 CO2-ECBM相关的煤储层物理化学结构的改变 13
1.2.3 CO2-ECBM相关的煤岩应力应变与渗透率变化 16
1.2.4 CO2-ECBM相关的岩石物理仿真与流体连续性过程 19
1.3 研究思路与方法 20
1.3.1 研究思路 21
1.3.2 研究方法 21
1.4 取得的研究成果与进展 23
1.4.1 主要研究成果 23
1.4.2 进展与前瞻 24
第2章 沁水盆地CO2-ECBM地质背景 26
2.1 沁水盆地基础地质条件 26
2.1.1 区域地层及含煤地层 26
2.1.2 区域构造特征与演化 30
2.1.3 沉积地质特征 34
2.1.4 岩浆活动 35
2.1.5 水文地质条件 37
2.1.6 地层温度压力条件 41
2.2 沁水盆地煤储层特征 42
2.2.1 煤储层厚度与埋深 42
2.2.2 煤岩煤质 43
2.2.3 煤储层含气性 45
2.2.4 煤储层压力 47
2.2.5 煤储层孔隙渗透性 48
2.2.6 煤储层力学性质与应力应变 50
2.3 郑庄区块深部无烟煤储层地质模型 50
2.3.1 储层地层条件 51
2.3.2 埋深与地质构造 56
2.3.3 煤储层特征 60
第3章 沁水盆地煤储层孔裂隙结构与数字岩石物理结构重构 64
3.1 煤储层裂隙发育特征 64
3.1.1 煤储层宏观裂隙 64
3.1.2 煤储层微观裂隙 68
3.2 煤储层孔隙发育特征 71
3.2.1 孔径与孔型 72
3.2.2 孔隙成因类型 80
3.2.3 孔隙结构特征 81
3.3 煤储层数字岩石物理结构重构 89
3.3.1 煤储层岩石物理结构表征 89
3.3.2 煤储层渗流网络结构 99
第4章 超临界CO2注入深部无烟煤储层的地球化学反应效应 107
4.1 超临界CO2-H2O体系与煤岩地球化学作用 107
4.1.1 超临界CO2-H2O-单矿物间的地球化学反应 107
4.1.2 超临界CO2-H2O-煤岩相互作用过程中的微矿物响应特征 119
4.1.3 超临界CO2-H2O-煤岩相互作用过程中的元素地球化学迁移特征 130
4.1.4 超临界CO2-H2O 与煤中有机质间的物理化学作用 137
4.2 煤储层结构随煤岩地球化学反应的演化规律 162
4.2.1 煤储层孔隙结构变化 162
4.2.2 煤储层渗透性变化 167
4.2.3 地球化学迁移转化与煤储层结构演化的耦合关系 174
4.3 煤岩力学性质随煤岩地球化学反应的演化规律 179
4.3.1 实验模拟方案 179
4.3.2 超临界CO2注入无烟煤的三轴力学实验结果与分析 181
4.3.3 超临界CO2注入无烟煤的力学性质变化机制 191
第5章 超临界CO2注入深部无烟煤储层的体积应变效应 194
5.1 超临界CO2注入深部无烟煤储层体积应变特征与模型 195
5.1.1 超临界CO2注入深部无烟煤储层体积应变 195
5.1.2 超临界CO2注入构造煤导致的煤岩体积应变 204
5.1.3 超临界CO2注入深部无烟煤储层体积应变外部影响因素 207
5.1.4 无烟煤CO2吸附-体积应变的数学模型 210
5.2 超临界CO2注入深部无烟煤储层的膨胀应力变化 225
5.2.1 超临界CO2注入深部无烟煤储层的膨胀应力演化特征 225
5.2.2 超临界CO2注入深部无烟煤储层膨胀应力外部影响因素 226
5.3 超临界CO2注入深部无烟煤储层的岩石力学性质变化 229
5.3.1 力学参数计算 229
5.3.2 超临界CO2注入深部无烟煤储层的煤岩强度演化特征 231
5.3.3 超临界CO2注入深部无烟煤储层煤岩强度变化机理 239
5.4 煤储层结构随煤岩体积应变的演化规律 244
5.4.1 体积应变与煤储层结构演化 244
5.4.2 膨胀应力与煤储层结构演化 246
5.4.3 岩石力学性质与煤储层结构演化 247
5.5 超临界CO2注入深部无烟煤储层动态渗透率变化模型 248
5.5.1 煤储层动态渗透率变化特征 248
5.5.2 煤储层动态渗透率变化控制因素 249
5.5.3 煤储层动态渗透率变化模型 257
第6章 深部无烟煤储层CO2-ECBM的CO2封存机理 265
6.1 超临界CO2吸附封存 265
6.1.1 深部无烟煤储层超临界CO2等温吸附实验设计 265
6.1.2 深部无烟煤储层超临界CO2吸附特征 269
6.1.3 深部无烟煤储层超临界CO2吸附模型 273
6.2 超临界CO2构造圈闭封存 286
6.2.1 深部无烟煤储层超临界CO2 构造封存特征 286
6.2.2 深部无烟煤储层超临界CO2 构造封存量 287
6.3 超临界CO2溶解与矿物固定封存 287
6.3.1 超临界CO2溶解封存 287
6.3.2 超临界CO2矿物固定封存 288
6.4 深部无烟煤储层CO2-ECBM的CO2存储容量 290
6.4.1 存储容量概念 290
6.4.2 存储容量本构模型 291
第7章 深部无烟煤储层CO2-ECBM气体吸附置换、扩散渗流和驱替产出过程 293
7.1 超临界CO2注入无烟煤储层吸附置换作用 293
7.1.1 超临界CO2注入含CH4煤储层的吸附置换特征 293
7.1.2 超临界CO2注入含CH4煤储层的吸附置换机理 295
7.2 超临界CO2注入无烟煤储层扩散渗流作用 299
7.2.1 无烟煤储层渗流物理仿真模拟 300
7.2.2 无烟煤储层流体流动形态 304
7.3 超临界CO2注入无烟煤储层驱替产出CH4过程 307
7.3.1 超临界CO2注入与煤中CH4产出路径 308
7.3.2 超临界CO2置换驱替煤中CH4过程 310
第8章 深部无烟煤储层CO2-ECBM连续性过程模型与数值模拟 318
8.1 深部无烟煤储层CO2-ECBM连续性过程地质-物理模型 318
8.1.1 深部无烟煤储层CO2-ECBM连续性过程 318
8.1.2 煤储层地质-物理模型 320
8.2 深部无烟煤储层CO2-ECBM连续性过程全耦合数学模型 321
8.2.1 二元气体吸附解吸方程 321
8.2.2 煤储层孔隙度与渗透率动态方程 322
8.2.3 煤储层应力场方程 323
8.2.4 煤储层流体控制方程 324
8.2.5 煤储层温度场方程 326
8.2.6 各物理场之间全耦合关系 326
8.3 深部无烟煤储层CO2-ECBM连续性过程数值模拟 327
8.3.1 全耦合数学模型求解方法 328
8.3.2 数值模拟软件及其开发 333
8.4 沁水盆地3#煤层CO2-ECBM连续性过程模拟 335
8.4.1 CO2-ECBM过程数值模拟开发井网及计算网格 336
8.4.2 CO2-ECBM过程数值模拟核心参数 337
8.4.3 CO2-ECBM过程数值模拟边界条件 338
8.4.4 CO2-ECBM过程数值模拟结果及分析 338
第9章 深部煤层CO2-ECBM模拟研究和有效性实验室评价的方法体系 350
9.1 深部煤层CO2-ECBM有效性实验模拟方法 350
9.1.1 实验模拟平台 350
9.1.2 实验模拟技术 356
9.2 深部煤层CO2-ECBM CO2可注性实验室评价方法 366
9.2.1 煤层超临界CO2可注性及其评价参数 366
9.2.2 深部无烟煤储层超临界CO2可注性评价模型 369
9.3 超临界CO2注入无烟煤储层的CO2存储容量评价方法 372
9.3.1 地质模型构建方法 372
9.3.2 CO2存储容量计算模型与方法 385
9.4 超临界CO2注入无烟煤储层的CH4增产评价方法 386
9.4.1 定性评价方法 386
9.4.2 定量预测评价方法 387
0章 沁水盆地深部煤层CO2-ECBM有效性评价与分析 391
10.1 沁水盆地深部煤层CO2-ECBM有效性评价 391
10.1.1 超临界CO2可注性评价结果 391
10.1.2 超临界CO2存储容量评价结果 394
10.1.3 煤层气井增产效果评价结果 398
10.1.4 沁水盆地深部煤层CO2-ECBM有效性实验室评价综合结论 400
10.2 沁水盆地深部无烟煤CO2-ECBM有效性理论模型和技术模式 401
10.2.1 深部无烟煤储层CO2-ECBM有效性理论模型 401
10.2.2 深部无烟煤储层CO2-ECBM有效性技术模式 402
10.3 对工程实践探索的意义 414
10.3.1 沁水盆地CO2-ECBM理论成果与工程实践认识的对比分析 414
10.3.2 CO2-ECBM理论成果对工程实践探索的启示 420
参考文献 424
内容摘要
本书是对国家自然科学基金重点项目"深部煤层CO2地质存储与CH4强化开采的有效性理论研究（项目编号：41330638）"研究成果的总结。书中重点归纳介绍了该项目研究成果：①总结、归纳了沁水盆地深部煤储层地质背景条件和深部煤层物质、结构、物性和力学强度特征，构建了深部无烟煤储层地质模型。②系统探讨了深ScCO2注入深部无烟煤储层的地球化学反应效应和体积应力效应科学内涵，阐释了煤储层结构、力学性质、附加应力和渗透率等随地球化学反应和体积应力效应的演化规律。③研究了地球化学反应效应、体积应力效应共同影响的深部煤层CO2吸附解吸、封存储集和流体运移过程，剖析了深部煤层CO2封闭机理与流体扩散、渗流特征。④建立了CO2注入-吸附解吸-封存储集-流体运移-CH4产出地质-物理化学模型和全耦合数学模型，形成了深部煤层CO2-ECBM有效性评价的数值模拟技术。⑤构建了深部煤层CO2注入和ECBM模拟研究和评价方法体系：深部煤层CO2地质存储有效性实验模拟方法体系，深部无烟煤储层超临界CO2可注入性评价模型，以及无烟煤储层CO2存储容量评价方法。⑥科学评估了沁水盆地深部煤层CO2存储的有效性，从理论上回答了沁水盆地深部无烟煤储层CO2-ECBM具有较高有效性。
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