煤层气注热开采过程热-流-固耦合数学模型及数值模拟

摘要

长期以来,煤层气勘探开发大多集中在高渗透含煤区,而对于低渗透煤阶含煤区的煤层气的勘探和开发及相应研究在我国尚属空白。
　　为得到低渗透煤层气藏注热开采过程中煤层气渗流运移规律,探索原地煤层在注入蒸汽加热后对煤层气产量的影响,基于实验得到煤体渗透率、孔隙度随温度、应力,气体导热系数、杨氏模量、泊松比随温度变化的关系,综合运用渗流力学、岩石力学、传热学等相关理论,建立了低渗透煤层气注热开采过程煤层气渗流热-流-固多物理场耦合数学模型并对热-流-固三场数学模型离散后,采用多井开采方式进行了注热开采过程煤层气渗流规律的数值模拟。数值模拟结果表明：煤层注热 10d 抽采 100d 后,由于煤层的导热并伴有煤层气的对流传热,煤层平均传热速度为 66.25mm/h,注热开采造成储层压力降是无注热抽采压力降的2.45倍,在温度应力耦合作用下,煤层气注热抽采量是未注热抽采量的2.2倍,注热开采是低渗透煤层气增产的有效途径。
　　总结煤层气吸附与解吸实验研究,对煤层气注热开采工程实际研究,以及热经济性分析可得出以下结论：(1)解吸量随着温度的增加先增加,但当温度超过 100 度后解吸量随温度的增加变得缓慢。(2)当温度低于临界解吸温度时,温度增加不会使解吸量变化。(3)注热开采的热效率最大值为60%,能量效率最大值为9.2。

目录

封面

关于论文使用授权的说明

致谢

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 课题提出背景及其研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的研究目标及内容

2 煤层气吸附解吸实验

2.1煤层气吸附机理

2.2煤层气解吸机理

2.3实验装置

2.4实验步骤

2.5实验结果分析

2.6本章小结

3 煤层气与煤层耦合运动的物理数学模型及数值模拟

3.1 模型基本假设

3.2 煤层气流动多物理场耦合数学模型

3.3 煤层温度场和瓦斯渗流场以及煤岩变形场之间的耦合关系

3.4 数值解离散

3.5 多井开采煤层气渗流数值模拟

3.6 本章小节

4 热经济性分析

4.1 数学模型

4.2 效率分析

4.3 本章小节

5 结论与展望

5.1 本论文的主要研究成果与结论

5.2 继续开展的工作

参考文献

作 者 简 历

学位论文原创性声明

学位论文数据集