采动影响下地面井抽采瓦斯运移影响因素数值模拟研究

摘要

为充分揭示采动影响下地面井抽采瓦斯运移的主要影响因素,实现地面井瓦斯的高效抽采,在建立含瓦斯煤体的多物理场的耦合数学模型的基础上,推导出煤体应力及渗流方程,进而得出孔隙率及渗透率与应变、瓦斯压力等参数之间相互关系。以山西某矿为工程背景,利用COMSOL Multiphysics软件对地面井瓦斯抽采实践进行模拟,并确立了数值模拟的初始和边界条件,分析不同地应力条件、不同的初始渗透率及不同初始瓦斯压力对钻井抽采产量及效率的影响。结果显示:地面钻井瓦斯抽采速率及抽采量受地应力、瓦斯压力、渗透率影响明显,其中渗透率是其决定性参数,但渗透率主要受到了地应力的影响。在一定地应力条件下,孔隙率及渗透率随着抽采时间的增加先行减小,而后增大,存在着一个临界残余瓦斯压力点;而初始渗透率对地面井瓦斯抽采影响明显,初始值越大,瓦斯压力下降越显著,抽采速率和抽采量同时变大。因而在地面井进行抽采时,提高煤层初始渗透率不失为实现钻井高效抽采的一种方法。通过采动地面井现场实际试验表明,受到采动充分卸压以及渗透率的提高影响,抽采浓度及纯量皆有阶跃式地增长,极大地提升了地面井抽采效率。