[发明专利]一种利用超临界CO2

说明书

本发明公开了一种利用超临界CO₂和Nano‑Silica提高煤层气采收率的方法，主要包括：Ⅰ、煤样的采集与制备：选取目标煤层的煤样进行粉碎；Ⅱ、添加溶蚀剂Nano‑Silica：将实验煤样与粒径为15±5nm级的SiO₂混合均匀，并放入反应釜内；Ⅲ、控制反应釜内的气体环境，进行超临界CO₂处理；Ⅳ、对煤样的孔隙结构特征以及有机物分子结构进行分析。本发明利用超临界CO₂对煤样进行浸泡，改变了煤体的结构，并通过在煤样中添加溶蚀剂Nano‑Silica，进一步提高了煤体孔裂隙的发育程度，不仅有利于煤体渗透率的提高，而且有利于煤层气的增产。

技术领域

本发明涉及一种煤质改性提高煤层气采收率的方法，属于煤层气开发技术领域，具体地说是一种利用超临界CO₂和Nano-Silica来改变煤体结构进而提高煤层气采收率的方法。

背景技术

煤层气是煤在变质和演化过程中的伴生生物，也是煤的伴生矿产资源，同时也是一种清洁、安全、高效的新型能源，煤层气的开采不仅能够改善能源供给结构，有效缓解化石能源供应不足的能源危机，而且能够促进煤矿的安全开采，减少温室气体的排放，具有重大经济、社会和环境意义。然而，煤层气抽采率和利用率低的现状严重制约了煤层气产业的发展。如何实现煤层气的增产成为当今煤层气开发的重要研究内容。我国煤层气在整体上渗透性都比较差，普遍属于低渗透性煤储层，具有“微孔隙、低渗透、高吸附”的特性，且随着地球浅部煤炭资源的逐步开采殆尽，煤炭资源开发不断走向地球深部，相伴而生的高温、高压和高地应力的复杂地质环境形成新的连续演化的采动应力场、裂隙场和渗流场，从而导致煤储层孔裂隙减少、闭合，煤层气抽采通道受阻，因此如何提高深部低渗透性煤层中甲烷的采收率是解决当前煤层气开发与利用的关键问题之一。

目前利用CO₂驱替CH₄来提高煤层抽采率的方法已被广泛使用，注入的CO₂被封存在煤层中，在提高煤层气采收率的同时还达到了减少温室气体的目的。已有研究证明，当煤层埋藏深度超过800m时，原岩的温度和压力很容易使CO₂达到超临界状态。而超临界CO₂的扩散系数为液体的100倍，具有惊人的溶解能力，能够有效萃取复杂化合物中的有机物，注入煤体后不仅可以溶解煤基质中的部分有机质，如酯、醚、内酯类、环氧化合物等，而且可以促进吸附状态的瓦斯解吸，有效扩增煤体的孔裂隙，提高煤层的渗透性，使得孔隙和裂隙结构得到改善，更利于瓦斯的析出。因此，超临界CO₂是一种有效、可行的增产煤层气的方法。

此外，近年来，纳米技术由于具有高效、环保以及价格低廉等优点，在能源领域中得到了应用，且在石油工程的几个分支领域，纳米粒子也引起了广泛的关注，给石油和天然气工业带来了革命性的变化。同时，纳米粒子也开始应用在提高采收率的过程中，其中Nano-Silica（纳米二氧化硅）作为表面活性剂抑制了原油蜡沉积，提高了原油的产量。

尽管Nano-Silica在原油领域得到了较好的应用，但在提高煤层气的采收率方面研究较少，因此将Nano-Silica应用于煤体中，研究其对煤体的改性作用，从而提高煤层气的采收率是十分必要的。

发明内容

本发明旨在提供一种利用超临界CO₂和Nano-Silica提高煤层气采收率的方法，本发明将超临界CO₂和Nano-Silica同时作用于煤体，以对煤质进行改性，在超临界CO₂增产煤层气的基础上，进一步提高煤层气的采收率。