基于渗透率动态变化的注气驱替CH4实验及数值模拟分析

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致谢

1引言

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1注气驱替煤层瓦斯技术研究现状

1.2.2注气驱替CH4物理模拟研究现状

1.2.3注气驱替CH4的数值模拟研究现状

1.3注气气源的优选

1.4存在问题与不足

1.5研究内容及技术路线

1.5.1主要研究内容

1.5.2技术路线

2煤体瓦斯赋存及驱替过程中二元气体运移过程

2.1煤层瓦斯的形成

2.2煤体的物理特性

2.2.1煤体的储存性

2.2.2煤体孔隙结构及划分

2.2.3煤体的渗透性

2.3煤体瓦斯赋存机理

2.3.1游离态赋存机理

2.3.2吸附态赋存机理

2.4煤中气体运移过程

2.4.1煤中CH4解吸-扩散-渗流

2.4.2注气驱替过程中二元气体运移过程

2.5本章小结

3注N2驱替CH4实验研究

3.1驱替实验平台的构建

3.1.1实验系统设计

3.1.2实验系统的气密性检测

3.1.3煤样基本参数的测定

3.1.4实验样品的制备

3.2注N2驱替CH4的物理模拟实验

3.2.1实验步骤

3.2.2实验煤样吸附平衡所需CH4量的测定方法

3.2.3煤层CH4的自然排放实验

3.2.4不同注N2压力驱替CH4实验研究

3.3不同注气压力对驱替实验的影响及分析

3.4注气驱替CH4的机理探讨

3.4.1置换吸附-解吸机理

3.4.2注N2气流的携带作用机理

3.4.3注气气流稀释扩散机理

3.4.4注气膨胀增透机理

3.5注气驱替对煤层渗透率的影响实验

3.5.1渗透率测试方法

3.5.2渗透率测试步骤

3.6气源对煤层渗透率的影响实验结果及分析

3.7注气驱替过程中煤样渗透率的变化规律研究

3.7.1注气驱替过程中煤样渗透率的计算方法

3.7.2注气驱替过程中煤样渗透率随时间变化规律

3.8本章小结

4注气驱替甲烷过程中孔隙率及渗透率动态演化模型

4.1孔隙率及渗透率的动态描述

4.2孔隙率及渗透率动态演化模型的建立

4.2.1煤体渗透率与孔隙率关系

4.2.2煤层有效应力对孔隙率及渗透率的影响

4.2.3煤层基质收缩膨胀对孔隙率及渗透率的影响

4.2.4综合作用下的孔隙率及渗透率动态演化模型的推导

4.3本章小结

5注N2驱替煤层CH4数值模拟研究

5.1数值模拟软件简介

5.2注气驱替数学模型的构建

5.2.1基本假设

5.2.2基本理论与控制方程

5.2.3数学模型的建立

5.3注N2驱替CH4的数值模拟

5.3.1几何模型网格划分及相关参数的设置

5.3.2模拟条件设置

5.3.3数值模拟与物理模拟结果对比

5.3.4数值模拟方案设计

5.3.5模拟结果

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工作展望

参考文献

作者简历

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