考虑温度作用下煤层气—水两相流运移规律的研究

摘要

煤层中的水-气两相流渗流时受有效应力和温度的共同影响,实验表明:根据有效应力原理,可以推理出,有效应力与渗透率是非线性关系。考虑到前人总结的经验公式K=K0exp(aσ),根据大量的实验数据,做出推测:K=k0eaσ,T恒定时,K=k0ebT,σ恒定时,有K=f(σ,T)。在给出煤层气-水运移的基本假设基础上,建立考虑温度作用的气-水两相流在煤层中运移的控制方程,并在渗流过程中考虑气体扩散对渗流的影响。应用COMSOL Multiphysic对考虑温度作用的水气两相流在煤层中的运移规律进行了模拟分析。模拟了600天时,水-气两相流体在T=25℃和T=40℃时的压力场,流速场和产量。由于温度作用下的气-水两相流体在煤层中耦合作用,导致了在T=40℃时要比T=25℃时中心产气井与四周的压差变小,从而使得产气-水量下降。因此,研究低渗透煤层的渗流机理、揭示其渗流规律,并在此基础上建立考虑温度作用下的煤层气-水两相运移规律的数学模型,对于低渗透煤层气藏渗流机理的进一步研究以及气藏的高效开发与开采,不仅具有重要的理论价值,而且具有重要的实际意义。

目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 问题提出

1.2 选题依据及研究意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1 煤层气储藏分布特性

1.3.2 国外研究现状

1.3.3 国内研究现状

1.3.4 煤层气渗流数学模型及数值模拟研究现状

1.4 本文的研究内容和技术路线

1.4.1 本文的研究目标

1.4.2 拟解决的关键问题

1.4.3 本文的技术路线

2 考虑温度作用气-水两相流体渗流规律实验研究

2.1 煤层瓦斯的赋存及吸附机理

2.2 煤层渗透率影响因素

2.2.1 启动压力梯度对渗流的影响

2.2.2 “水锁”对渗流作用的影响

2.2.3 滑脱效应对渗流的影响

2.3 考虑温度作用气-水两相流体渗流规律实验研究

2.3.1 实验的原理及理论依据

2.3.2 实验装置及实验方法

2.3.3 实验仪器

2.3.4 实验步骤

2.3.5 实验煤样参数

2.3.6 实验结果分析

2.4 本章小结

3 考虑温度作用气-水两相流流固耦合渗流模型的建立

3.1 基本假设条件

3.2 气-水两相流渗流控制方程

3.2.1 煤层气的解吸方程

3.2.2 Fick 扩散定律

3.2.3 气-水两相流渗流运动方程

3.3 辅助方程和状态方程

3.4 煤岩变形场方程

3.4.1 有效应力原理

3.4.2 变形场方程

3.4.3 流场与变形场耦合媒介

3.5 渗流场与变形场定解条件

3.5.1 渗流场定解条件

3.5.2 变形场定解条件

3.6 本章小结

4 考虑温度作用下气-水两相流在煤层气中运移的数值模拟研究

4.1 COMSOL Multiphysic 简介

4.2 模型选取

4.3 模型求解参数

4.4 模型求解及结果分析

4.4.1 考虑温度作用的气-水两相压力场变化规律的模拟

4.4.2 考虑温度作用的气相流速场变化规律的模拟

4.4.3 气-水两相有效饱和度的变化规律

4.4.4 考虑温度作用的产气量变化规律的模拟

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

参考文献

作者简历

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