裂隙煤岩各向异性渗透率模型和煤层注气THM耦合行为

马天然^1,2，刘卫群¹，JONNY Rutqvist²，张宏学³，赵晓东¹

1. 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室2. 劳伦斯伯克利国家实验室地球科学部3. 安徽理工大学理学院

摘 要：CO2煤层地质封存可以减少温室气体排放,同时可提高煤层气的采收率。注气开采过程涉及到温度场（T）,多相多成分流场（H）和应力场（M）之间的相互耦合。煤层割理裂隙渗透率是影响CO2地质封存和煤层气开采率的重要参数。煤岩渗透性的关键性因素裂隙张开度同时受控于法向应力和剪胀效应。考虑基质和割理的共同作用,提出基于组合裂隙三向平板简化的各向异性渗透率模型。在此基础上,建立了注入CO2提高煤层气采收率的三维数值模型并利用耦合软件TOUGH-FLAC进行求解。模拟结果表明,气体注进采出的孔压作用会引起煤层膨胀或收缩。与孔压,吸附应力/应变以及温度相比,剪胀对裂隙渗透率的影响不明显。在注采过程中,渗透率表现出明显的各向异性,注入井附近的异向渗透率甚至可达30倍差异。此外,注气初期应适当控压,井口附近的高压损伤将带来不必要的裂隙气体泄漏,导致注气失败。

关键词：各向异性;裂隙渗流;CO2-ECBM;温度-流场-应力（THM）;TOUGH-FLAC模拟器;