多分支水平井CO2 驱替煤层气动态演化与产能优化研究：储层压力-温度耦合机制及工程应用

为解决传统煤层气（CBM）采收率低及CO2 封存效率不明确的问题，重庆大学团队通过多分支水平井CO2 -ECBM（增强煤层气采收）大型物理模拟实验，揭示了储层压力动态平衡、温度波动规律及CH4 采收率提升机制。结果表明，2.5 MPa注气压力下CH4 采收率达93.18%，并提出了基于井距优化的关井时序调控策略，为低碳能源开发提供关键技术支撑。

　　

在全球能源转型背景下，煤炭资源逐步退出主导地位，但废弃煤矿中蕴藏的煤层气（CBM）作为清洁能源仍具开发潜力。传统CBM采收率受限于煤储层物性及工程条件，平均仅达30%-50%，而CO₂
增强煤层气采收（CO₂
-ECBM）技术通过竞争吸附机制（CO₂
吸附能力为CH₄
的1.3-10倍）可实现温室气体封存与能源增产双赢。然而，多分支水平井系统中各生产井产能贡献差异及其主控因素不明，严重制约工程优化。

重庆大学研究人员在《Geoenergy Science and Engineering》发表的研究中，利用自主研制的煤储层多场耦合物理模拟系统，开展了常规CBM开采与不同CO₂
注气压力（2.0/2.5 MPa）下的多分支水平井实验。关键技术包括：大型真三轴伺服加载系统（模拟地层应力）、多分支井模拟装置（井距可调）、CO₂
恒温注入设备及实时数据采集系统，实验煤样尺寸达1050 mm×400 mm×400 mm以逼近真实储层条件。

储层压力分析
常规CBM开采时储层压力随时间单调递减，而CO₂
-ECBM过程呈现"下降-回升-动态平衡"三阶段特征。注气压力2.5 MPa时平衡压力较2.0 MPa高15%，表明高压注入可维持更稳定的储层能量。

温度演化规律
CH₄
解吸初期导致储层温度下降2-3°C，而持续CO₂
注入引发吸附热效应使温度回升1.5°C，揭示吸附-解吸热力学耦合机制。

产能差异机制
距注入井最近的生产井Ⅰ因CO₂
突破最早（突破时间较Ⅱ/Ⅲ井提前40%），其CH₄
采收率最低（2.5 MPa时为82.3%），而最远的井Ⅲ采收率高达96.1%。高压注气（2.5 MPa）使井Ⅰ增产12%，但导致井Ⅲ减产8%，反映气体运移的"距离衰减效应"。

工程优化建议
提出"近井早关-远井晚关"的时序调控策略：2.0 MPa时井Ⅰ宜在CO₂
突破后立即关井，而2.5 MPa可延迟关井20%时长以利用高压驱替效应。

该研究首次阐明多分支水平井CO₂
-ECBM系统中储层参数动态耦合规律，建立的井网优化模型已在山西柳林区块中试应用，使单井日均产气量提升至1186 m³
/d。成果为碳中和目标下的化石能源清洁化开发提供了理论范式与技术路径，相关参数演化模型被纳入中国《煤层气开发工程规范》修订稿。