●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 意義及應用前景 7
1.2 CO2-ECBM國內外研究現狀 8
1.2.1 CO2-ECBM相關的吸附過程與CO2 存儲容量 9
1.2.2 CO2-ECBM相關的煤儲層物理化學結構的改變 13
1.2.3 CO2-ECBM相關的煤岩應力應變與滲透率變化 16
1.2.4 CO2-ECBM相關的岩石物理仿真與流體連續性過程 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展 23
1.4.1 主要研究成果 23
1.4.2 進展與前瞻 24
第2章 沁水盆地CO2-ECBM地質背景 26
2.1 沁水盆地基礎地質條件 26
2.1.1 區域地層及含煤地層 26
2.1.2 區域構造特征與演化 30
2.1.3 沉積地質特征 34
2.1.4 岩漿活動 35
2.1.5 水文地質條件 37
2.1.6 地層溫度壓力條件 41
2.2 沁水盆地煤儲層特征 42
2.2.1 煤儲層厚度與埋深 42
2.2.2 煤岩煤質 43
2.2.3 煤儲層含氣性 45
2.2.4 煤儲層壓力 47
2.2.5 煤儲層孔隙滲透性 48
2.2.6 煤儲層力學性質與應力應變 50
2.3 鄭莊區塊深部無煙煤儲層地質模型 50
2.3.1 儲層地層條件 51
2.3.2 埋深與地質構造 56
2.3.3 煤儲層特征 60
第3章 沁水盆地煤儲層孔裂隙結構與數字岩石物理結構重構 64
3.1 煤儲層裂隙發育特征 64
3.1.1 煤儲層宏觀裂隙 64
3.1.2 煤儲層微觀裂隙 68
3.2 煤儲層孔隙發育特征 71
3.2.1 孔徑與孔型 72
3.2.2 孔隙成因類型 80
3.2.3 孔隙結構特征 81
3.3 煤儲層數字岩石物理結構重構 89
3.3.1 煤儲層岩石物理結構表征 89
3.3.2 煤儲層滲流網絡結構 99
第4章 超臨界CO2注入深部無煙煤儲層的地球化學反應效應 107
4.1 超臨界CO2-H2O體繫與煤岩地球化學作用 107
4.1.1 超臨界CO2-H2O-單礦物間的地球化學反應 107
4.1.2 超臨界CO2-H2O-煤岩相互作用過程中的微礦物響應特征 119
4.1.3 超臨界CO2-H2O-煤岩相互作用過素地球化學遷移特征 130
4.1.4 超臨界CO2-H2O 與煤中有機質間的物理化學作用 137
4.2 煤儲層結構隨煤岩地球化學反應的演化規律 162
4.2.1 煤儲層孔隙結構變化 162
4.2.2 煤儲層滲透性變化 167
4.2.3 地球化學遷移轉化與煤儲層結構演化的耦合關繫 174
4.3 煤岩力學性質隨煤岩地球化學反應的演化規律 179
4.3.1 實驗模擬方案 179
4.3.2 超臨界CO2注入無煙煤的三軸力學實驗結果與分析 181
4.3.3 超臨界CO2注入無煙煤的力學性質變化機制 191
第5章 超臨界CO2注入深部無煙煤儲層的體積應變效應 194
5.1 超臨界CO2注入深部無煙煤儲層體積應變特征與模型 195
5.1.1 超臨界CO2注入深部無煙煤儲層體積應變 195
5.1.2 超臨界CO2注入構造煤導致的煤岩體積應變 204
5.1.3 超臨界CO2注入深部無煙煤儲層體積應變外部影響因素 207
5.1.4 無煙煤CO2吸附-體積應變的數學模型 210
5.2 超臨界CO2注入深部無煙煤儲層的膨脹應力變化 225
5.2.1 超臨界CO2注入深部無煙煤儲層的膨脹應力演化特征 225
5.2.2 超臨界CO2注入深部無煙煤儲層膨脹應力外部影響因素 226
5.3 超臨界CO2注入深部無煙煤儲層的岩石力學性質變化 229
5.3.1 力學參數計算 229
5.3.2 超臨界CO2注入深部無煙煤儲層的煤岩強度演化特征 231
5.3.3 超臨界CO2注入深部無煙煤儲層煤岩強度變化機理 239
5.4 煤儲層結構隨煤岩體積應變的演化規律 244
5.4.1 體積應變與煤儲層結構演化 244
5.4.2 膨脹應力與煤儲層結構演化 246
5.4.3 岩石力學性質與煤儲層結構演化 247
5.5 超臨界CO2注入深部無煙煤儲層動態滲透率變化模型 248
5.5.1 煤儲層動態滲透率變化特征 248
5.5.2 煤儲層動態滲透率變化控制因素 249
5.5.3 煤儲層動態滲透率變化模型 257
第6章 深部無煙煤儲層CO2-ECBM的CO2封存機理 265
6.1 超臨界CO2吸附封存 265
6.1.1 深部無煙煤儲層超臨界CO2等溫吸附實驗設計 265
6.1.2 深部無煙煤儲層超臨界CO2吸附特征 269
6.1.3 深部無煙煤儲層超臨界CO2吸附模型 273
6.2 超臨界CO2構造圈閉封存 286
6.2.1 深部無煙煤儲層超臨界CO2 構造封存特征 286
6.2.2 深部無煙煤儲層超臨界CO2 構造封存量 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 深部無煙煤儲層CO2-ECBM的CO2存儲容量 290
6.4.1 存儲容量概念 290
6.4.2 存儲容量本構模型 291
第7章 深部無煙煤儲層CO2-ECBM氣體吸附置換、擴散滲流和驅替產出過程 293
7.1 超臨界CO2注入無煙煤儲層吸附置換作用 293
7.1.1 超臨界CO2注入含CH4煤儲層的吸附置換特征 293
7.1.2 超臨界CO2注入含CH4煤儲層的吸附置換機理 295
7.2 超臨界CO2注入無煙煤儲層擴散滲流作用 299
7.2.1 無煙煤儲層滲流物理仿真模擬 300
7.2.2 無煙煤儲層流體流動形態 304
7.3 超臨界CO2注入無煙煤儲層驅替產出CH4過程 307
7.3.1 超臨界CO2注入與煤中CH4產出路徑 308
7.3.2 超臨界CO2置換驅替煤中CH4過程 310
第8章 深部無煙煤儲層CO2-ECBM連續性過程模型與數值模擬 318
8.1 深部無煙煤儲層CO2-ECBM連續性過程地質-物理模型 318
8.1.1 深部無煙煤儲層CO2-ECBM連續性過程 318
8.1.2 煤儲層地質-物理模型 320
8.2 深部無煙煤儲層CO2-ECBM連續性過程全耦合數學模型 321
8.2.氣體吸附解吸方程 321
8.2.2 煤儲層孔隙度與滲透率動態方程 322
8.2.3 煤儲層應力場方程 323
8.2.4 煤儲層流體控制方程 324
8.2.5 煤儲層溫度場方程 326
8.2.6 各物理場之間全耦合關繫 326
8.3 深部無煙煤儲層CO2-ECBM連續性過程數值模擬 327
8.3.1 全耦合數學模型求解方法 328
8.3.2 數值模擬軟件及其開發 333
8.4 沁水盆地3#煤層CO2-ECBM連續性過程模擬 335
8.4.1 CO2-ECBM過程數值模擬開發井網及計算網格 336
8.4.2 CO2-ECBM過程數值模擬核心參數 337
8.4.3 CO2-ECBM過程數值模擬邊界條件 338
8.4.4 CO2-ECBM過程數值模擬結果及分析 338
第9章 深部煤層CO2-ECBM模擬研究和有效性實驗室評價的方法體繫 350
9.1 深部煤層CO2-ECBM有效性實驗模擬方法 350
9.1.1 實驗模擬平臺 350
9.1.2 實驗模擬技術 356
9.2 深部煤層CO2-ECBM CO2可注性實驗室評價方法 366
9.2.1 煤層超臨界CO2可注性及其評價參數 366
9.2.2 深部無煙煤儲層超臨界CO2可注性評價模型 369
9.3 超臨界CO2注入無煙煤儲層的CO2存儲容量評價方法 372
9.3.1 地質模型構建方法 372
9.3.2 CO2存儲容量計算模型與方法 385
9.4 超臨界CO2注入無煙煤儲層的CH4增產評價方法 386
9.4.1 定性評價方法 386
9.4.2 定量預測評價方法 387
第10章 沁水盆地深部煤層CO2-ECBM有效性評價與分析 391
10.1 沁水盆地深部煤層CO2-ECBM有效性評價 391
10.1.1 超臨界CO2可注性評價結果 391
10.1.2 超臨界CO2存儲容量評價結果 394
10.1.3 煤層氣井增產效果評價結果 398
10.1.4 沁水盆地深部煤層CO2-ECBM有效性實驗室評價綜合結論 400
10.2 沁水盆地深部無煙煤CO2-ECBM有效性理論模型和技術模式 401
10.2.1 深部無煙煤儲層CO2-ECBM有效性理論模型 401
10.2.2 深部無煙煤儲層CO2-ECBM有效性技術模式 402
10.3 對工程實踐探索的意義 414
10.3.1 沁水盆地CO2-ECBM理論成果與工程實踐認識的對比分析 414
10.3.2 CO2-ECBM理論成果對工程實踐探索的啟示 420
參考文獻 424

本書是對國家自然科學基金重點項目"深部煤層CO2地質存儲與CH4強化開采的有效性理論研究（項目編號：41330638）"研究成果的總結。書中重點歸納介紹了該項目研究成果：①總結、歸納了沁水盆地深部煤儲層地質背景條件和深部煤層物質、結構、物性和力學強度特征，構建了深部無煙煤儲層地質模型。②繫統探討了深ScCO2注入深部無煙煤儲層的地球化學反應效應和體積應力效應科學內涵，闡釋了煤儲層結構、力學性質、附加應力和滲透率等隨地球化學反應和體積應力效應的演化規律。③研究了地球化學反應效應、體積應力效應共同影響的深部煤層CO2吸附解吸、封存儲集和流體運移過程，剖析了深部煤層CO2封閉機理與流體擴散、滲流特征。④建立了CO2注入-吸附解吸-封存儲集-流體運移-CH4產出地質-物理化學模型和全耦合數學模型，形成了深部煤層CO2-ECBM有效性評價的數值模擬技術。⑤構建了深部煤層CO2注入和ECBM模擬研究和等