MODELING THE EFFECTS OF VARIABLE COAL PROPERTIES ON METHANE PRODUCTION DURING ENHANCED COALBED METHANE RECOVERY
本研究建立了一个基于煤阶的煤质参数数据库，利用公开的煤阶相关数据（如割理间距、孔隙度、密度、强度、收缩/膨胀特性等），通过CMG（Computer Modeling Group）公司的GEM软件进行组分模拟，研究不同煤质、操作参数、收缩与膨胀效应对强化煤层气（ECBM）开采的影响。模拟结果表明，中挥发烟煤、干煤层、反五点井网、100英亩泄压面积、割理渗透率10–25 md、CO₂/N₂注入摩尔比在50/50%至75/25%之间，以及采用水平井而非直井，是ECBM开采的较优选择。此外，低阶煤和干煤层更易受到收缩与膨胀的负面影响，CO₂与N₂混合注入可减轻膨胀效应。敏感性分析表明，弹性模量是控制收缩与膨胀的最关键参数。
CMG软件应用情况：
- 软件名称：GEM（ compositional simulator，组分模拟器）
- 开发公司：Computer Modeling Group（CMG）
- 应用模块：GEM模块，支持煤层气模拟、多组分气体注入、收缩与膨胀效应建模
- 模型功能：
- 模拟CO₂/N₂注入煤层驱替甲烷过程
- 考虑煤基质吸附/解吸引起的体积变化（收缩与膨胀）
- 采用扩展的Palmer & Mansoori模型模拟多组分气体引起的渗透率变化
- 支持双孔隙度模型（基质+割理系统）
- 模拟内容：
- 不同煤阶（低、中、高挥发烟煤）
- 不同煤层类型（干煤层、饱和/欠饱和湿煤层）
- 不同井网类型（五点、七点、九点、线驱等）
- 不同注入气体组成（CO₂/N₂比例）
- 不同井型（直井 vs 水平井）
- 收缩与膨胀对渗透率、产量、CO₂突破时间的影响
结论：
- 中挥发烟煤最适合ECBM开采，具有最短的CO₂突破时间、最高的CO₂封存能力和最大的甲烷增产潜力。
- 低阶煤（如次烟煤）在初期通过常规降压即可采出80%以上甲烷，ECBM经济性较差。
- 干煤层虽无水处理成本，但初始含气量低，需综合评估经济性。
- 反五点井网在泄压能力、CO₂封存和突破时间方面表现均衡，推荐采用。
- 割理渗透率在10–25 md范围内最适合ECBM，兼顾产量与经济性。
- CO₂/N₂混合注入（50/50%–75/25%）可平衡CO₂封存、突破时间和经济性。
- 水平井优于直井，但需根据割理方向优化井轨迹。
- 收缩与膨胀效应会显著影响渗透率，低阶煤更易受影响，弹性模量是控制该效应的关键参数。
作者单位：
中东技术大学
