富油煤原位热解U型水平井产能预测:试验与数值模拟
东振1
陈艳鹏1
张梦媛1
王兴刚2
焦立新2
冯烁3
任博4
陈浩1
薛俊杰1
赵宇峰1
黄蝶芳2
1.中国石油勘探开发研究院,北京 1000832.中国石油吐哈油田公司勘探开发研究院,新疆哈密 8390093.新疆大学地质与矿业工程学院,新疆乌鲁木齐 8300174.安徽理工大学力学与光电物理学院,安徽淮南 232001
摘要："双碳"目标下"取氢留碳"成为煤炭清洁利用的必然选择,煤炭原位热解为国内油气增产提供了新思路,科学预测富油煤原位热解产能对于项目经济性和能量回报率评估至关重要.目前针对中深层富油煤原位热解的研究较少,考虑真实围压条件的块煤热解试验尚未见到报道,为预测中深层富油煤原位热解产能、查明油气生产规律,提出基于中深层煤炭原位热解特点的水平井开发方式,开展了三塘湖盆地2套主力煤层的块煤覆压热解试验,建立了基于Boltsmann函数的八道湾组富油煤覆压热解产率评价模型和U型水平井产能预测方法,并对油气产能变化规律、能量回报率进行了讨论.结果表明:①煤炭原位热解具有资源丰度高、气体产物清洁低碳、地质风险小等优势,U型、L型、多分支水平井可采用间歇或连续方式生产.②八道湾组煤比西山窑组煤具有更高的焦油和煤气产率,焦油在400～500 ℃时产量达到峰值,围压具有降低热解产物传质能力的负面作用和提高传热效率的正向作用,温度低于400 ℃时负面作用占据主导,随着温度升高,正向作用逐渐占据主导.煤气在300～400 ℃时产量快速增大,400～600 ℃时产量增速减缓,600 ℃后产量快速降低,煤气中H2和CO随温度增加单调递增,CH4和CO2随温度先增后减,施加围压后更有利于八道湾组煤的煤气生产.③富油煤热解产物产率随温度增加呈现"缓慢增大—快速增大—趋于平稳"的S形变化规律,Boltsmann函数能够较好的拟合富油煤热解产物产率变化规律,直线形和三角形井网分别形成类矩形和类圆形的温度场,井间煤层达到有效热解温度(350 ℃)所需的水平井井距分别为4.5、5.5 m,三角形井网的加热效果优于直线形井网.④ 油气产能分为"初期低产、中期快速上产、后期稳产"3个阶段,按照煤的导热系数为1 W/(m·℃)预测,单口U 型井生产 5a 的焦油、CH4、H2 产能有望达到 1.56×104t/a、260.21 × 104 m3/a 和 201.83×104 m3/a,能量回报率能达到2.09,热解水和焦油在热解产物中质量比最大、产能最先企稳,煤气中CH4和CO2质量比最高,CO2随生产年限先增后降,CO和H2随生产年限单调递增,加热后期的产能贡献主要来自于煤气中CO和H2.⑤等热值情况下,煤炭原位热解相比地面煤燃烧减碳97％,理想情况下热解产生的CO2能够通过半焦层吸附埋存以实现自身"碳中和".总体来看,煤炭原位热解具备规模发展的资源基础、技术可行性以及良好的经济前景,是一项具有发展潜力的化石能源清洁低碳开发新技术.
关键词：煤炭原位热解富油煤水平井产能预测能量回报率
分类号：TD841(矿山开采)P618.13(矿床学)
资助基金：中国石油前瞻性基础性资助项目(2019E-25)
论文发表日期：2025-02-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：17( 1175-1191 )
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