本文關(guān)鍵詞：基于損傷理論的煤系氣儲(chǔ)層改造縫網(wǎng)演化規(guī)律研究　出處：《河南理工大學(xué)》2016年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 煤系氣 儲(chǔ)層改造 縫網(wǎng)演化 GSI 定量表征 損傷模型 數(shù)值模擬

【摘要】：含煤巖系中賦存有大量的非常規(guī)天然氣,對(duì)其進(jìn)行開(kāi)采,不僅是對(duì)常規(guī)天然氣的補(bǔ)充,而且是煤礦瓦斯災(zāi)害防治的重要途徑,又降低了采煤過(guò)程中甲烷的排空,降低溫室效應(yīng)。以往人們關(guān)注的重點(diǎn)是煤層氣,而煤層氣以外的泥頁(yè)巖氣和致密砂巖氣的可開(kāi)發(fā)性沒(méi)有給予足夠重視,近期的研究表明這兩類(lèi)非常規(guī)天然氣資源豐富,并且從技術(shù)上可以實(shí)現(xiàn)三氣聯(lián)合開(kāi)發(fā)。為此,本文以實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)、理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)合的研究方法,對(duì)煤系氣儲(chǔ)層縫網(wǎng)演化規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)分析:(1)通過(guò)建立煤巖體結(jié)構(gòu)GSI定量表征的自動(dòng)識(shí)別方法,得到GSI與表面質(zhì)量等級(jí)和煤巖體結(jié)構(gòu)的比值呈線性關(guān)系,在此基礎(chǔ)上并開(kāi)發(fā)了識(shí)別軟件,客觀自動(dòng)給定煤巖體GSI值。(2)通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定巖樣和煤樣的滲透率,建立非完整煤巖體滲透率與GSI的函數(shù)關(guān)系,測(cè)試結(jié)果顯示巖樣破壞后滲透率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于煤樣,表明巖石儲(chǔ)層比煤儲(chǔ)層更容易實(shí)現(xiàn)縫網(wǎng)改造,且改造后更易于煤層氣的抽采;不管是煤體還是巖體,其達(dá)到碎裂或糜棱結(jié)構(gòu)后,在有效應(yīng)力的作用下滲透率都急劇下降,且再實(shí)施壓裂也不可恢復(fù),這表明嚴(yán)重破碎的煤巖體是不可進(jìn)行水力壓裂的。(3)通過(guò)對(duì)煤巖在荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)特征,提出了一種基于GSI的煤巖彈脆性損傷本構(gòu)關(guān)系,并將該模型擴(kuò)展到三維應(yīng)力狀態(tài);研究了滲流-應(yīng)力耦合作用下,流體在孔隙內(nèi)的流動(dòng)和壓力分布以及與固體介質(zhì)的相互作用,通過(guò)張拉和滑動(dòng)破壞準(zhǔn)則,構(gòu)建了水力耦合作用下煤巖體基于彈脆性損傷理論的數(shù)值計(jì)算方法;基于ANSYS平臺(tái),采用APDL語(yǔ)言編寫(xiě)了縫網(wǎng)改造計(jì)算程序,實(shí)現(xiàn)了對(duì)平面模型、三維傾斜儲(chǔ)層、直井、水平井和斜井等不同工況條件下煤巖裂隙縫網(wǎng)的形成過(guò)程的數(shù)值模擬;在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步分析了煤巖裂隙縫網(wǎng)形成的力學(xué)機(jī)制。(4)通過(guò)室內(nèi)壓裂實(shí)驗(yàn),采用聲發(fā)射監(jiān)測(cè),裂縫宏觀觀測(cè)等手段研究了裂隙縫網(wǎng)的形成過(guò)程。硬煤變圍壓條件下水力壓裂實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,應(yīng)力狀態(tài)的改變將改變裂縫的擴(kuò)展和延伸方向,因此改變應(yīng)力場(chǎng)是實(shí)現(xiàn)縫網(wǎng)改造的有效方法;包含弱面的相似材料壓裂實(shí)驗(yàn)表明,在水壓作用下,當(dāng)裂縫遇到弱面后,裂縫的擴(kuò)展方向發(fā)生變化;相似材料分段壓裂實(shí)驗(yàn)表明,分段壓裂可以形成段與段之間的干擾,更容易形成縫網(wǎng)。通過(guò)對(duì)這些實(shí)驗(yàn)的模擬,驗(yàn)證了理論模型的正確性和程序的可靠性。(5)根據(jù)五里堠的相關(guān)地質(zhì)和工程資料,建立山西左權(quán)五里堠井田石炭二疊系的煤系大型地質(zhì)計(jì)算模型;采用變排量技術(shù)對(duì)該煤系儲(chǔ)氣煤層的縫網(wǎng)改造展開(kāi)計(jì)算分析,對(duì)縫網(wǎng)的擴(kuò)展進(jìn)行預(yù)測(cè)并用于壓裂井的設(shè)計(jì)和施工;現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明裂縫長(zhǎng)度、高度、破裂壓力等與數(shù)值模擬結(jié)果基本一致。兩年來(lái)該井日產(chǎn)量仍然保持在1000 m3以上,且井底流壓保持在1MPa左右,進(jìn)一步驗(yàn)證了本文提出的理論模型及計(jì)算程序的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。
【學(xué)位授予單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TD712.6

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

1 戚厚發(fā);;含煤地層天然氣資源類(lèi)型[J];天然氣工業(yè);1986年01期

2 蔡杰;張敏;;四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組煤系氣源巖芳烴地球化學(xué)特征[J];石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì);2013年03期

3 李興;張敏;黃光輝;;川西坳陷須家河組下段腐殖煤系氣源巖飽和烴分布異常研究[J];長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年08期

4 李平華,趙師慶;兩淮煤田石炭—二疊紀(jì)煤系氣源巖的有機(jī)巖石學(xué)特征[J];淮南礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào);1989年03期

5 趙師慶,李平華,葉詩(shī)忠,邵志卿;兩淮煤田石炭二疊煤系氣源巖評(píng)價(jià)及其煤成氣資源量估算[J];淮南礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào);1989年03期

6 ;[J];;年期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 藺海曉;基于損傷理論的煤系氣儲(chǔ)層改造縫網(wǎng)演化規(guī)律研究[D];河南理工大學(xué);2016年

，

本文編號(hào)：1313773