液氮致裂煤體技術研究現狀及展望

田苗苗，張 磊，薛俊華，張 村，盧 碩，陳 帥

(1.中國礦業大學 礦業工程學院，江蘇 徐州 221116；2.中國礦業大學 煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，江蘇 徐州 221116；3.西安科技大學 安全科學與工程學院，陜西 西安 710054；4.中國礦業大學(北京) 資源與安全工程學院，北京 100083；5.共伴生能源精準開采北京市重點實驗室，北京 100083)

0 引 言

煤層氣是一種綠色清潔能源燃料、化工原料。據國際能源機構(IEA)估計，全球陸上煤田埋深淺于2 km的煤層氣儲量約為 26×1013m3?？刹擅簩託赓Y源量約為3.78×1013m3。我國煤層埋深淺于2 km 的煤層氣資源量估計為30.05×1012m3，居世界第3，可采資源量為12.50×1012m3[1]。國家“十三五”能源發展計劃明確指出，要以沁水盆地、鄂爾多斯盆地東緣為煤層氣重點開發區域。2019年我國煤層氣產量突破88億m3,相比2018年增長13.8%[2]。煤層氣主要以吸附狀態賦存于煤體中，一般需要煤層氣增產技術輔助開采。特別是我國煤層氣儲層具有低壓、低滲、低飽和的“三低”特征，滲透率普遍小于0.1×1015m2[3]。煤層氣增產技術包括：水力壓裂[4],N2/CO2驅替[5-6]、深孔爆破[7]等。現階段最常用的增產技術是水壓致裂法，但水壓致裂不僅會浪費大量水資源，還會對煤儲層產生水鎖水敏傷害，阻塞煤層氣運移路徑[8]。液氮壓裂技術與水壓致裂法相比，具有綠色無污染，成本低、易制取，致裂效果更為顯著等優勢，故受到廣泛關注。液氮致裂煤體技術起源于美國，1971年ALLEN and BAUER[9]提出向巖石裂縫中循環注入冷凍流體(液氮、低溫鹽水等)以達到增產效果；1997年MCDANIEL等[10-11]成功通過現場試驗證明使用液氮重復致煤層能達到良好的增產效果。……