考虑滑脱效应的煤层注气抽采数值模拟研究

摘要

随着经济的快速发展，我国有越来越多的能源需求。中国的煤层气资源虽然储量丰富，但是瓦斯赋存的煤层特性渗透率很低，导致现有瓦斯抽采方法收效较差。本文从我国煤层渗透率低和煤层瓦斯利用率低现状出发，采用注气抽采方法研究煤层瓦斯抽采规律。
　　为了更好的了解煤层瓦斯注气抽采时气体在煤体内的渗流规律。从了解煤层作为储集层时表现的特殊性入手，结合前人对含瓦斯煤岩体气固耦合模型的研究成果，得到了新的以变形场控制方程与渗流场控制方程为基础的气固耦合模型。其中变形场控制方程由煤层中基本的平衡方程、几何方程、本构方程和修正的 Terzaghi有效应力原理得出。渗流场控制方程由理想气体状态方程、修正的达西渗流定律、连续性方程以及孔隙率、渗透率的动态变化方程，再引入混合气体的Langmuir多组分吸附解吸方程推导而得。
　　在新模型的基础上，利用COMCOL Multiphysics多物理场耦合软件对瓦斯注气半径影响因素和注气抽采条件下低渗透煤层进行了注气抽采数值模拟研究。通过压差法测定验证了基于数值模拟的注气钻孔有效影响半径的可靠性，探索了一种简便快捷的测试手段，可以作为一种新方法推广应用。并且得到了在气固耦合模型条件下煤岩体内不同时间下孔隙压力变化规律、不同时间下注气对瓦斯分压力影响分析、特定时间不同注气压力下孔隙压力变化规律、不同上覆岩层压力下孔隙压力变化规律以及注气抽采过程中渗透率的变化规律。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题的提出及意义

1.2 国内外研究现状分析

1.3 存在的问题及研究内容

2 煤体的结构及瓦斯在煤层中的运移规律

2.1 煤及煤层气的形成

2.2 煤体的储层特征

2.3 煤层气储集特征

2.4 煤层气运移机理

2.5 本章小结

3 考虑滑脱效应的煤层多组分气体气固耦合数学模型的建立

3.1 煤岩体的变形控制方程

3.2 气体渗流控制方程

3.3 本章小结

4 瓦斯注气半径影响因素模拟研究

4.1 COMSOL软件简介

4.2 基于气固耦合理论瓦斯注气半径影响因素模拟研究

4.3 基于气固耦合理论有效注气半径验证

4.4 本章小结

5 气固耦合模型在注气抽采中的模拟应用

5.1 几何模型及参数

5.2 边界条件和初始条件

5.3 模拟结果及分析

5.4 本章小结

6 结论及展望

6.1 主要结论

6.2 创新点

6.3 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间的主要成果