煤層氣
關注創建者：caiyangd 創建時間：2021-01-21
煤層氣的視頻教程
COMSOL流動與多物理場耦合系列視頻
同時講解致密油，煤層氣、瓦斯氣，頁巖氣等油氣滲流中常見的壓裂水平井問題，達西兩相流，達西與N-S耦合流動，流固耦合，熱流固耦合，PDE等視頻，均在該視頻。講解過程中穿插不少COMSOL高階以及后處理技巧。凡是2020年1月8日以后購買的用戶，所有源文件均免費提供。聯系QQ: 1524453680.
￥399 4小時24分鐘 25367播放
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COMSOL中實現煤層瓦斯運移系列課程
本課程主要分為兩大塊，第一塊基于實驗室煤粒瓦斯解吸擴散，此擴散模型又細化為雙孔擴散、單孔擴散、單孔時變擴散，并以此擴散模型為基礎，構建煤層瓦斯運移模型。第二塊為基于煤層中煤與瓦斯流固耦合模型，講解煤層瓦斯抽采過程中煤巖體的滲透率的演化，此模型也適應煤層氣、頁巖氣開采。本文改進已有的單孔介質模型的滲透率，適應于煤體雙重孔隙-裂隙介質模型。
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煤層氣的實例教程
煤層注氣驅替瓦斯數值模擬 ￥200
本模擬為煤層注氣驅替瓦斯，采用pde模塊模擬瓦斯擴散、滲流過程，參考文獻為注氣驅替煤層瓦斯時效特性影響因素分析，有意購買者請聯系QQ1045343728.
水力沖洗技術起源于20世紀80年代，主要用于提高美國圣胡安盆地煤層氣的采收率。利用高壓水沖洗煤壁，將破碎的煤塊帶出，在煤層中形成一定的空腔，將應力傳遞到鉆孔周圍，達到卸壓的效果。鉆孔周圍的擾動使鉆孔周圍產生大量新的裂隙，改變了煤體的孔隙度，從而提高了煤層的滲透性。建立了考慮煤體塑性破壞的水力沖煤多場耦合模型，利用COMSOL Multiphysics軟件研究水力沖孔過程的機理和變量的演化規律。煤層水力沖孔涉及到巖體塑性變形、瓦斯吸附等多物理量的相互作用。為實現水力沖孔強化采氣復雜的應力-損傷-滲流耦合過程，提出了以下假設：
(1)發生塑性變形以及產生新的裂隙，而彈性變形僅改變裂隙的孔徑。(2)水力沖孔引起的煤體塑性變形是一個產生新的裂隙和破壞原有煤體基質的過程。塑性破壞后的煤體被視為具有較小基質和較多裂隙的彈性介質，如圖1（a）所示。(3)煤體是具有孔隙的雙重連續介質。自由氣體被認為是理想狀態氣體。(4)吸附氣和游離氣主要存在于孔隙和裂隙中，而水僅存在于裂隙中并在裂隙中運移，氣體和水的輸運過程如圖1（b）所示。(5)氣體的擴散過程服從菲克擴散定律，氣體和水的滲流過程服從達西定律。(6)拉應力為正，壓應力為負。
圖1 氣體運移過程
基質中瓦斯擴散方程：
瓦斯、水滲流控制方程：
煤體變形控制方程：
破壞判斷準則（D-P準則）：
裂隙率控制方程：
幾何模型與邊界條件：
圖2 幾何模型及邊界條件
部分圖片展示
圖3 鉆孔周圍滲透率分布
圖4 鉆孔周圍瓦斯壓力分布
圖5 鉆孔周圍瓦斯飽和度分布
圖6 鉆孔周圍瓦斯壓力分布
展開 微波能量可以通過波導和天線導入煤層，首先，由底板巷向煤層施工瓦斯抽采鉆孔；然后，將波導與天線連接并和抽采管一起放入鉆孔內；天線與鉆孔壁之間安裝特氟龍護管；最后密封鉆孔，打開微波發生器后實施瓦斯抽采。微波發生器產生的微波通過矩形波導、波導轉換器及同軸波導傳遞到鉆孔內的天線處，并由天線向煤層輻射注熱，一方面，微波輻射熱效應提高了煤體溫度，瓦斯氣體大量解吸；另一方面，微波輻射改變了煤體物性結構，煤層含水飽和度大大降低，煤體孔隙率、滲透率迅速提高，從而極大地促進了瓦斯抽采。由于煤基質是微波透明體，而煤中水分是微波吸收體，利用微波的穿透性對水進行選擇性加熱決定了其比注熱水或熱蒸汽更加節能，更加經濟。
煤儲層的微波注熱增產示意圖
煤層內的瓦斯運移涉及煤體變形、氣體滑移、吸附導致的基質收縮/膨脹、及熱傳遞，研究瓦斯運移必須兼顧各物理場的交互耦合。溫度是影響煤體變形及瓦斯運移的關鍵。瓦斯賦存具有極強的溫度敏感性；煤的異質性可能會引發不均勻受熱從而產生熱應力，這些熱應力會引起煤體形變并改造滲透率；煤體升溫會驅使氣體從煤基質中解吸出來并處于一種自由、活躍狀態。溫度的升高會促使瓦斯由吸附態轉變為游離態，微波熱改造會導致煤層溫度及含水率的改變，從而觸發復雜的氣-固耦合作用。近年來，眾多學者為定量表征煤層氣開采中復雜的氣-固耦合過程已建立了一系列數值模型，然而涉及微波電磁-熱耦合效應的煤儲層滲透率模型罕有報道。本模型的首先通過介質損耗將電磁場與傳熱場聯立起來以實現微波注熱，這是一個雙場雙耦合過程；然后，通過熱膨脹耦合模塊、熱流動耦合模塊、熱解吸效應、吸附膨脹效應建立起滲透率模型并將傳熱場、固體力學場及滲流場耦合起來，這是一個多場耦合過程；最終建立起一個電磁-熱-流-固全耦合模型。
展開 2017年，全國石油勘查新增探明地質儲量從2012年的15.22億噸降至8.77億噸，天然氣從9610億立方米降至5554億立方米，煤層氣從1274億立方米降至105億立方米。2017年我國石油、天然氣和頁巖氣可采儲量分別增長1.2％、1.6％、62.0％，煤層氣則下降9.5％。
自然資源部礦產資源保護監督工作小組召集人鞠建華說，最近5年來，我國頁巖氣勘查取得了重要進展。截至2017年底，全國累計探明地質儲量9168億立方米，今年4月已超過1萬億立方米。
是由煉廠氣或天然氣（包括油田伴生氣）加壓、降溫、液化得到的一種無色、揮發性氣體。
液化石油氣（簡稱液化氣）是石油在提煉汽油、煤油、柴油、重油等油品過程中剩下的一種石油尾氣，通過一定程序，對石油尾氣加以回收利用，采取加壓的措施，使其變成液體，裝在受壓容器內，液化氣的名稱即由此而來。它的主要成分有乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和丁烷等，同時含有少量戊烷、戊烯和微量硫化合物雜質。由天然氣所得的液化氣的成分基本不含烯烴。在氣瓶內呈液態狀，一旦流出會汽化成比原體積大約二百五十倍的可燃氣體，并極易擴散，遇到明火就會燃燒或爆炸。因此，使用液化氣也要特別注意。
液化煤層氣
中國是世界煤炭生產大國，煤層氣相應的儲藏量也很大，儲藏量和天然氣基本一樣。其基本成分是甲烷。它除了是廉價的化工原料外，主要作為燃料使用，它不僅作為居民的生活燃料，而且還被用作汽車、船舶、飛機等交通運輸工具的燃料。由于煤層氣熱值高，燃燒產物對環境污染少，被認為是優質潔凈燃料。
壓縮天然氣（Compressed Natural Gas，簡稱CNG）是天然氣加壓并以氣態儲存在容器中。壓縮天然氣除了可以用油田及天然氣田里的天然氣外，還可以人工制造生物沼氣（主要成分是甲烷）。
壓縮天然氣與管道天然氣的組分相同，主要成分為甲烷（CH4）。CNG可作為車輛燃料使用。CNG可以用來制作LNG（Liquefied Natural Gas），這種以CNG為燃料的車輛叫做NGV（Natural Gas Vehicle）。
液化石油氣（Liquefied Petroleum Gas，簡稱LPG）經常容易與CNG混淆，其實它們有明顯區別。
儲量
2020年，全球天然氣勘探活動有所回落，世界天然氣可采儲量188.1萬億立方米，比上年下降1.2%。
188.1萬億立方米就算是一個全球的家底。
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液化煤層氣
中國是世界煤炭生產大國，煤層氣相應的儲藏量也很大，儲藏量和天然氣基本一樣。其基本成分是甲烷。它除了是廉價的化工原料外，主要作為燃料使用，它不僅作為居民的生活燃料，而且還被用作汽車、船舶、飛機等交通運輸工具的燃料。由于煤層氣熱值高，燃燒產物對環境污染少，被認為是優質潔凈燃料。
壓縮天然氣（Compressed Natural Gas，簡稱CNG）是天然氣加壓并以氣態儲存在容器中。
水力沖洗技術起源于20世紀80年代，主要用于提高美國圣胡安盆地煤層氣的采收率。利用高壓水沖洗煤壁，將破碎的煤塊帶出，在煤層中形成一定的空腔，將應力傳遞到鉆孔周圍，達到卸壓的效果。鉆孔周圍的擾動使鉆孔周圍產生大量新的裂隙，改變了煤體的孔隙度，從而提高了煤層的滲透性。
目前應用最多的是將二氧化碳注入油氣（包括頁巖氣、煤層氣）田和地浸式鈾礦以提高其采收率。按照中國石油天然氣集團公司的評估，其已動用的探明石油儲量中適于二氧化碳儲存埋藏的儲量為83億噸，按照提高采收率10％預測，可增加可采儲量8.3億噸。這種實例老油氣區較多。
鑒于油藏類型多、油層薄、非均質性強、儲層規模小、埋深大等因素，中國企業面臨高效驅油、埋存與監測等諸多技術挑戰，導致換油率低、采收率提高幅度低、封存率低，大規模用于煤層氣、頁巖氣開發面臨技術和成本挑戰。
15、中聯煤CO2驅煤層氣項目
坐標：山西省
“二氧化碳驅煤層氣關鍵技術”該關鍵技術預計可提高煤層氣抽采率10%以上。中國埋深2000米以淺的煤層氣總資源量為36.8萬億立方米，埋深大于1000米的深煤層煤層氣資源量占61%，二氧化碳驅煤層氣技術的規?；茝V應用可產生巨大的直接經濟效益。
我國地質利用與封存技術在近十年均有所發展，尤其是強化深部咸水開采技術已從概念階段發展到工業示范水平，但仍整體落后于世界先進水平；盡管驅替煤層氣技術略處于領先狀態，但經濟效益較好的 CO2 強化采油技術（CO2-EOR）在我國仍處于工業示范階段，相比進入商業化應用階段的國際水平差距明顯。
在 CCUS 集成優化技術方面，近十年我國取得了較大的進步。
我國地質利用與封存技術在近十年均有所發展，尤其是強化深部咸水開采技術已從概念階段發展到工業示范水平，但仍整體落后于世界先進水平；盡管驅替煤層氣技術略處于領先狀態，但經濟效益較好的 CO2 強化采油技術（CO2-EOR）在我國仍處于工業示范階段，相比進入商業化應用階段的國際水平差距明顯。
在 CCUS 集成優化技術方面，近十年我國取得了較大的進步。
CCUS全流程技術中CO2地質利用與地質封存的海陸場所分為陸上封存、離岸封存；CO2地質利用與地質封存方式可分為 CO2驅油封存（CO2 Enhanced Oil Recovery，簡稱 CO2-EOR）、CO2驅替煤層氣封存（CO2 Enhanced Coalbed Methane，簡稱 CO2-ECBM）、CO2驅 天 然 氣 封 存（CO2 Enhanced Natural Gas Recovery
同時，基于我國多煤的資源稟賦，目前仍在進行基礎研究的CO?驅替煤層氣技術將迅速發展，可能于2025年和2030年分別進入到中試開發和工業示范。
CO?地質封存技術，包括陸地咸水層和海底咸水層封存技術，當前正進行工業示范。由于我國絕大多數油氣田仍處于開采期，枯竭油氣藏封存方面尚缺乏較為深入的研究。
15、中聯煤CO2驅煤層氣項目
坐標：山西省
“二氧化碳驅煤層氣關鍵技術”該關鍵技術預計可提高煤層氣抽采率10%以上。中國埋深2000米以淺的煤層氣總資源量為36.8萬億立方米，埋深大于1000米的深煤層煤層氣資源量占61%，二氧化碳驅煤層氣技術的規?；茝V應用可產生巨大的直接經濟效益。
