深部煤層二氧化碳地質(zhì)存儲(chǔ)與煤層氣強(qiáng)化開發(fā)有效性理論及評(píng)價(jià)

目錄
序
前言
第1章 緒論 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 意義及應(yīng)用前景 7
1.2 CO2-ECBM國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 8
1.2.1 CO2-ECBM相關(guān)的吸附過(guò)程與CO2 存儲(chǔ)容量 9
1.2.2 CO2-ECBM相關(guān)的煤儲(chǔ)層物理化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變 13
1.2.3 CO2-ECBM相關(guān)的煤巖應(yīng)力應(yīng)變與滲透率變化 16
1.2.4 CO2-ECBM相關(guān)的巖石物理仿真與流體連續(xù)性過(guò)程 19
1.3 研究思路與方法 20
1.3.1 研究思路 21
1.3.2 研究方法 21
1.4 取得的研究成果與進(jìn)展 23
1.4.1 主要研究成果 23
1.4.2 進(jìn)展與前瞻 24
第2章 沁水盆地CO2-ECBM地質(zhì)背景 26
2.1 沁水盆地基礎(chǔ)地質(zhì)條件 26
2.1.1 區(qū)域地層及含煤地層 26
2.1.2 區(qū)域構(gòu)造特征與演化 30
2.1.3 沉積地質(zhì)特征 34
2.1.4 巖漿活動(dòng) 35
2.1.5 水文地質(zhì)條件 37
2.1.6 地層溫度壓力條件 41
2.2 沁水盆地煤儲(chǔ)層特征 42
2.2.1 煤儲(chǔ)層厚度與埋深 42
2.2.2 煤巖煤質(zhì) 43
2.2.3 煤儲(chǔ)層含氣性 45
2.2.4 煤儲(chǔ)層壓力 47
2.2.5 煤儲(chǔ)層孔隙滲透性 48
2.2.6 煤儲(chǔ)層力學(xué)性質(zhì)與應(yīng)力應(yīng)變 50
2.3 鄭莊區(qū)塊深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層地質(zhì)模型 50
2.3.1 儲(chǔ)層地層條件 51
2.3.2 埋深與地質(zhì)構(gòu)造 56
2.3.3 煤儲(chǔ)層特征 60
第3章 沁水盆地煤儲(chǔ)層孔裂隙結(jié)構(gòu)與數(shù)字巖石物理結(jié)構(gòu)重構(gòu) 64
3.1 煤儲(chǔ)層裂隙發(fā)育特征 64
3.1.1 煤儲(chǔ)層宏觀裂隙 64
3.1.2 煤儲(chǔ)層微觀裂隙 68
3.2 煤儲(chǔ)層孔隙發(fā)育特征 71
3.2.1 孔徑與孔型 72
3.2.2 孔隙成因類型 80
3.2.3 孔隙結(jié)構(gòu)特征 81
3.3 煤儲(chǔ)層數(shù)字巖石物理結(jié)構(gòu)重構(gòu) 89
3.3.1 煤儲(chǔ)層巖石物理結(jié)構(gòu)表征 89
3.3.2 煤儲(chǔ)層滲流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 99
第4章 超臨界CO2注入深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層的地球化學(xué)反應(yīng)效應(yīng) 107
4.1 超臨界CO2-H2O體系與煤巖地球化學(xué)作用 107
4.1.1 超臨界CO2-H2O-單礦物間的地球化學(xué)反應(yīng) 107
4.1.2 超臨界CO2-H2O-煤巖相互作用過(guò)程中的微礦物響應(yīng)特征 119
4.1.3 超臨界CO2-H2O-煤巖相互作用過(guò)程中的元素地球化學(xué)遷移特征 130
4.1.4 超臨界CO2-H2O 與煤中有機(jī)質(zhì)間的物理化學(xué)作用 137
4.2 煤儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)隨煤巖地球化學(xué)反應(yīng)的演化規(guī)律 162
4.2.1 煤儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)變化 162
4.2.2 煤儲(chǔ)層滲透性變化 167
4.2.3 地球化學(xué)遷移轉(zhuǎn)化與煤儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)演化的耦合關(guān)系 174
4.3 煤巖力學(xué)性質(zhì)隨煤巖地球化學(xué)反應(yīng)的演化規(guī)律 179
4.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)M方案 179
4.3.2 超臨界CO2注入無(wú)煙煤的三軸力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 181
4.3.3 超臨界CO2注入無(wú)煙煤的力學(xué)性質(zhì)變化機(jī)制 191
第5章 超臨界CO2注入深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層的體積應(yīng)變效應(yīng) 194
5.1 超臨界CO2注入深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層體積應(yīng)變特征與模型 195
5.1.1 超臨界CO2注入深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層體積應(yīng)變 195
5.1.2 超臨界CO2注入構(gòu)造煤導(dǎo)致的煤巖體積應(yīng)變 204
5.1.3 超臨界CO2注入深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層體積應(yīng)變外部影響因素 207
5.1.4 無(wú)煙煤CO2吸附-體積應(yīng)變的數(shù)學(xué)模型 210
5.2 超臨界CO2注入深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層的膨脹應(yīng)力變化 225
5.2.1 超臨界CO2注入深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層的膨脹應(yīng)力演化特征 225
5.2.2 超臨界CO2注入深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層膨脹應(yīng)力外部影響因素 226
5.3 超臨界CO2注入深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層的巖石力學(xué)性質(zhì)變化 229
5.3.1 力學(xué)參數(shù)計(jì)算 229
5.3.2 超臨界CO2注入深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層的煤巖強(qiáng)度演化特征 231
5.3.3 超臨界CO2注入深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層煤巖強(qiáng)度變化機(jī)理 239
5.4 煤儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)隨煤巖體積應(yīng)變的演化規(guī)律 244
5.4.1 體積應(yīng)變與煤儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)演化 244
5.4.2 膨脹應(yīng)力與煤儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)演化 246
5.4.3 巖石力學(xué)性質(zhì)與煤儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)演化 247
5.5 超臨界CO2注入深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層動(dòng)態(tài)滲透率變化模型 248
5.5.1 煤儲(chǔ)層動(dòng)態(tài)滲透率變化特征 248
5.5.2 煤儲(chǔ)層動(dòng)態(tài)滲透率變化控制因素 249
5.5.3 煤儲(chǔ)層動(dòng)態(tài)滲透率變化模型 257
第6章 深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層CO2-ECBM的CO2封存機(jī)理 265
6.1 超臨界CO2吸附封存 265
6.1.1 深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層超臨界CO2等溫吸附實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 265
6.1.2 深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層超臨界CO2吸附特征 269
6.1.3 深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層超臨界CO2吸附模型 273
6.2 超臨界CO2構(gòu)造圈閉封存 286
6.2.1 深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層超臨界CO2 構(gòu)造封存特征 286
6.2.2 深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層超臨界CO2 構(gòu)造封存量 287
6.3 超臨界CO2溶解與礦物固定封存 287
6.3.1 超臨界CO2溶解封存 287
6.3.2 超臨界CO2礦物固定封存 288
6.4 深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層CO2-ECBM的CO2存儲(chǔ)容量 290
6.4.1 存儲(chǔ)容量概念 290
6.4.2 存儲(chǔ)容量本構(gòu)模型 291
第7章 深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層CO2-ECBM氣體吸附置換、擴(kuò)散滲流和驅(qū)替產(chǎn)出過(guò)程 293
7.1 超臨界CO2注入無(wú)煙煤儲(chǔ)層吸附置換作用 293
7.1.1 超臨界CO2注入含CH4煤儲(chǔ)層的吸附置換特征 293
7.1.2 超臨界CO2注入含CH4煤儲(chǔ)層的吸附置換機(jī)理 295
7.2 超臨界CO2注入無(wú)煙煤儲(chǔ)層擴(kuò)散滲流作用 299
7.2.1 無(wú)煙煤儲(chǔ)層滲流物理仿真模擬 300
7.2.2 無(wú)煙煤儲(chǔ)層流體流動(dòng)形態(tài) 304
7.3 超臨界CO2注入無(wú)煙煤儲(chǔ)層驅(qū)替產(chǎn)出CH4過(guò)程 307
7.3.1 超臨界CO2注入與煤中CH4產(chǎn)出路徑 308
7.3.2 超臨界CO2置換驅(qū)替煤中CH4過(guò)程 310
第8章 深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層CO2-ECBM連續(xù)性過(guò)程模型與數(shù)值模擬 318
8.1 深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層CO2-ECBM連續(xù)性過(guò)程地質(zhì)-物理模型 318
8.1.1 深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層CO2-ECBM連續(xù)性過(guò)程 318
8.1.2 煤儲(chǔ)層地質(zhì)-物理模型 320
8.2 深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層CO2-ECBM連續(xù)性過(guò)程全耦合數(shù)學(xué)模型 321
8.2.1 二元?dú)怏w吸附解吸方程 321
8.2.2 煤儲(chǔ)層孔隙度與滲透率動(dòng)態(tài)方程 322
8.2.3 煤儲(chǔ)層應(yīng)力場(chǎng)方程 323
8.2.4 煤儲(chǔ)層流體控制方程 324
8.2.5 煤儲(chǔ)層溫度場(chǎng)方程 326
8.2.6 各物理場(chǎng)之間全耦合關(guān)系 326
8.3 深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層CO2-ECBM連續(xù)性過(guò)程數(shù)值模擬 327
8.3.1 全耦合數(shù)學(xué)模型求解方法 328
8.3.2 數(shù)值模擬軟件及其開發(fā) 333
8.4 沁水盆地3#煤層CO2-ECBM連續(xù)性過(guò)程模擬 335
8.4.1 CO2-ECBM過(guò)程數(shù)值模擬開發(fā)井網(wǎng)及計(jì)算網(wǎng)格 336
8.4.2 CO2-ECBM過(guò)程數(shù)值模擬核心參數(shù) 337
8.4.3 CO2-ECBM過(guò)程數(shù)值模擬邊界條件 338
8.4.4 CO2-ECBM過(guò)程數(shù)值模擬結(jié)果及分析 338
第9章 深部煤層CO2-ECBM模擬研究和有效性實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)的方法體系 350
9.1 深部煤層CO2-ECBM有效性實(shí)驗(yàn)?zāi)M方法 350
9.1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)M平臺(tái) 350
9.1.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)M技術(shù) 356
9.2 深部煤層CO2-ECBM CO2可注性實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)方法 366
9.2.1 煤層超臨界CO2可注性及其評(píng)價(jià)參數(shù) 366
9.2.2 深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層超臨界CO2可注性評(píng)價(jià)模型 369
9.3 超臨界CO2注入無(wú)煙煤儲(chǔ)層的CO2存儲(chǔ)容量評(píng)價(jià)方法 372
9.3.1 地質(zhì)模型構(gòu)建方法 372
9.3.2 CO2存儲(chǔ)容量計(jì)算模型與方法 385
9.4 超臨界CO2注入無(wú)煙煤儲(chǔ)層的CH4增產(chǎn)評(píng)價(jià)方法 386
9.4.1 定性評(píng)價(jià)方法 386
9.4.2 定量預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)方法 387
第10章 沁水盆地深部煤層CO2-ECBM有效性評(píng)價(jià)與分析 391
10.1 沁水盆地深部煤層CO2-ECBM有效性評(píng)價(jià) 391
10.1.1 超臨界CO2可注性評(píng)價(jià)結(jié)果 391
10.1.2 超臨界CO2存儲(chǔ)容量評(píng)價(jià)結(jié)果 394
10.1.3 煤層氣井增產(chǎn)效果評(píng)價(jià)結(jié)果 398
10.1.4 沁水盆地深部煤層CO2-ECBM有效性實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)綜合結(jié)論 400
10.2 沁水盆地深部無(wú)煙煤CO2-ECBM有效性理論模型和技術(shù)模式 401
10.2.1 深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層CO2-ECBM有效性理論模型 401
10.2.2 深部無(wú)煙煤儲(chǔ)層CO2-ECBM有效性技術(shù)模式 402
10.3 對(duì)工程實(shí)踐探索的意義 414
10.3.1 沁水盆地CO2-ECBM理論成果與工程實(shí)踐認(rèn)識(shí)的對(duì)比分析 414
10.3.2 CO2-ECBM理論成果對(duì)工程實(shí)踐探索的啟示 420
參考文獻(xiàn) 424