深部煤矿采动激活储层地热高效开发机理与方法

摘要

深部煤矿赋存着丰富的岩溶型地热资源，然而其天然低渗透性严重制约了地热资源的高效开发.本研究提出利用煤层采动后在底板岩层中形成的卸压区激活储层裂隙开度，从而实现储层自增渗，有望为地热高效开发提供新途径.为此，本文构建了采动激活储层的热-流-固(THM)全耦合模型，获得了采动影响下储层裂隙开度和渗透性分布特征，揭示了采动激活储层地热生产能效的动态演化规律，阐明了采动激活地热储层高效采热机理，并提出了深部煤炭与地热协同高效开发方法.结果表明：采动作用降低了采空区底板储层裂隙面的正应力，诱发剪胀或拉张效应，显著增大裂隙开度，使底板储层形成漏斗状高渗区；开张裂隙提升了储层内流动通道的平均流速，扩大了有效流动范围，提高了回灌冷流的渗流换热效率；增大采动距离，储层渗透性及热提取效率先快速提升，随后增长速率渐缓；提出了一种“采动先行-采热跟进”的深部煤炭与地热协同高效开发方法，工作面推进后圈定底板高渗区范围，随后沿其长轴布井，实现地热资源的高效开发.本研究为煤炭与地热协同开发提供了理论支撑，并为低渗热储的改造提供了新思路.

关键词

采动激活 / 地热开发 / 高效开发 / 地热开发方法

基金资助

国家自然科学基金联合基金重点项目(U23B2091);国家自然科学基金项目(52404157,52304104); 国家重点研发计划青年科学家项目(2022YFC2905600)