發(fā)布時(shí)間：2018-05-03 07:48

  本文選題：煤層氣開(kāi)采 + 多場(chǎng)耦合��； 參考：《中國(guó)礦業(yè)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：煤層氣是清潔能源的重要組成部分,是推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命的重要載體。在我國(guó),煤層氣資源儲(chǔ)量豐富,但儲(chǔ)層環(huán)境復(fù)雜,導(dǎo)致煤層氣開(kāi)采效率低下。煤層氣開(kāi)采是多物理場(chǎng)耦合作用的過(guò)程,隨著開(kāi)采工作的深入和特殊工藝的發(fā)掘,溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)、滲流場(chǎng)和變形場(chǎng)等之間的交叉耦合作用越來(lái)越明顯,成為嚴(yán)重制約我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。因此,開(kāi)展煤層氣開(kāi)采中的多場(chǎng)耦合問(wèn)題研究具有重要的科學(xué)背景與工程意義。本文針對(duì)煤層氣儲(chǔ)層的結(jié)構(gòu)特征和氣體的儲(chǔ)存與運(yùn)移特點(diǎn),綜合運(yùn)用試驗(yàn)測(cè)試、理論分析和數(shù)值模擬等科學(xué)方法,深入探討了煤層氣在運(yùn)移和開(kāi)采過(guò)程中的熱-濕-流-固多場(chǎng)耦合機(jī)理。取得了以下主要進(jìn)展和結(jié)論:(1)原煤的滲透率隨氣壓指數(shù)增大,隨圍壓指數(shù)減小,但隨溫度的演化呈現(xiàn)不同趨勢(shì)。針對(duì)平頂山礦、長(zhǎng)治礦和金佳礦的原煤試樣,開(kāi)展了圍壓、氣壓和溫度耦合下的氣體滲透行為試驗(yàn)研究。結(jié)果顯示,滲透率隨氣壓的增大呈指數(shù)增大趨勢(shì)。低圍壓下,指數(shù)增長(zhǎng)形式明顯;高圍壓下,增長(zhǎng)形式趨于線性。滲透率隨圍壓的增大呈指數(shù)減小趨勢(shì)。當(dāng)圍壓較低時(shí),煤樣滲透率對(duì)圍壓變化非常敏感,滲透率隨著圍壓的增大迅速減小,隨后趨于穩(wěn)定。原煤的滲透率隨溫度的升高大多呈減小趨勢(shì),但也有出現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)。(2)分別建立熱開(kāi)裂、熱揮發(fā)、熱吸附和熱膨脹等物理過(guò)程的理論模型并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,從本質(zhì)上揭示了熱-濕耦合下滲透率演化的微觀機(jī)理�；|(zhì)熱開(kāi)裂促進(jìn)基質(zhì)中微孔的增生,增大基質(zhì)滲透率,同時(shí)導(dǎo)致基質(zhì)整體膨脹,降低裂隙滲透率。建立裂隙水膜的揮發(fā)模型,闡明水分揮發(fā)直接作用于裂隙網(wǎng)絡(luò),從而增大裂隙滲透率的物理機(jī)制。氣體熱解吸導(dǎo)致基質(zhì)收縮,增大雙滲透率。煤的熱膨脹抑制基質(zhì)-裂隙雙滲透率。(3)提出一種新型雙孔滲透率模型,理論上將滲透率隨溫度的演化形式分為三大類;定義熱刺激指標(biāo)KT,可有效評(píng)價(jià)溫度對(duì)滲透率的刺激效果。理論推導(dǎo)了包含熱-濕-流-固耦合效應(yīng)的基質(zhì)-裂隙雙孔滲透率模型,統(tǒng)一描述了大量滲透率試驗(yàn)結(jié)果,并對(duì)滲透率演化的類型進(jìn)行歸納和評(píng)價(jià)。發(fā)現(xiàn)煤體滲透率隨溫度的演化可分為熱膨脹主導(dǎo)的下降型、熱揮發(fā)主導(dǎo)的上升型和兩者依次主導(dǎo)的'U'字過(guò)渡型。對(duì)于下降型和上升型,又可根據(jù)次要影響因素進(jìn)一步細(xì)化為線性型、上凸型和下凹型。提出了評(píng)價(jià)溫度對(duì)煤體滲透率刺激效果的熱刺激指標(biāo)KT。當(dāng)K盡0時(shí),滲透率隨溫度的升高而增大;當(dāng)KT0時(shí),滲透率隨溫度的升高而減小。(4)發(fā)現(xiàn)水分流失對(duì)煤層氣運(yùn)移的促進(jìn)和抑制雙重作用規(guī)律,揭示了水鎖導(dǎo)致氣體非達(dá)西運(yùn)移的基本原理�；诹严端B透率模型和含啟動(dòng)壓力梯度的非達(dá)西滲流規(guī)律,建立了潮濕儲(chǔ)層中氣體開(kāi)采的濕-流-固全耦合模型,重點(diǎn)分析了氣體開(kāi)采中的水鎖現(xiàn)象和各種耦合機(jī)制。潮濕煤層中的氣體生產(chǎn)隨抽采距離依次進(jìn)行,只有當(dāng)某一抽采距離處的實(shí)際氣體壓力梯度大于啟動(dòng)壓力梯度時(shí),才能形成氣流。水分流失會(huì)引發(fā)諸多耦合效應(yīng),一方面改善煤體裂隙結(jié)構(gòu),增大滲透率,促進(jìn)生產(chǎn);另一方面增強(qiáng)煤體吸附能力,抑制煤層氣解吸,阻礙生產(chǎn)。綜合結(jié)果顯示水分流失對(duì)滲透率的改善起主導(dǎo)作用。(5)發(fā)現(xiàn)熱開(kāi)裂、熱解吸和熱揮發(fā)對(duì)雙孔滲透率的協(xié)調(diào)和促進(jìn)作用是煤層氣注熱增產(chǎn)的本質(zhì)驅(qū)動(dòng)力。建立了適用于煤層氣注熱開(kāi)采的熱-濕-流-固全耦合數(shù)值模型,研究多場(chǎng)之間的耦合機(jī)制,結(jié)果表明煤層氣注熱開(kāi)采能夠有效促進(jìn)氣體生產(chǎn)。對(duì)于基質(zhì)孔隙度和滲透率,溫度升高造成的氣體解吸加快和基質(zhì)熱開(kāi)裂引發(fā)的孔隙增生起促進(jìn)作用,熱膨脹則起抑制作用。對(duì)于裂隙孔隙度和滲透率,殘余水分的熱揮發(fā)和基質(zhì)中氣體解吸的反作用起促進(jìn)作用。熱開(kāi)裂對(duì)煤層氣生產(chǎn)的促進(jìn)作用主要表現(xiàn)在對(duì)雙滲透率的協(xié)調(diào)上。
[Abstract]:Coal bed gas is an important component of clean energy . It is an important carrier to promote energy production and consumption revolution . In China , the coal bed gas reserves are abundant , but the reservoir environment is complicated , which leads to the low efficiency of coal bed gas exploitation . ( 3 ) A new model of permeability of coal bed is presented , which is based on the permeability model and the non - Darcy flow rule .

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TE37

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 鮮學(xué)福;我國(guó)煤層氣開(kāi)采利用現(xiàn)狀及其產(chǎn)業(yè)化展望[J];重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2000年S1期

2 孫茂遠(yuǎn),楊陸武;發(fā)展中國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)急待解決的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題[J];中國(guó)煤炭;2001年09期

3 宋秀林,呂景昶;中國(guó)煤層氣前景遠(yuǎn)大[J];中國(guó)石化;2002年03期

4 張新民;第三屆全國(guó)煤層氣學(xué)術(shù)研討會(huì)于2002年11月在昆明召開(kāi)[J];煤田地質(zhì)與勘探;2003年01期

5 楊立雄;美國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)成功發(fā)展淺析[J];中國(guó)煤炭;2003年10期

6 李豪峰;“新”經(jīng)濟(jì) 煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及相關(guān)政策建議[J];煤炭經(jīng)濟(jì)研究;2004年04期

7 石新忠;煤層氣:我國(guó)清潔能源發(fā)展的方向[J];河南國(guó)土資源;2005年05期

8 宮誠(chéng);國(guó)外煤層氣發(fā)展現(xiàn)狀[J];中國(guó)煤炭;2005年03期

9 葛廣琛;;談我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[J];煤炭經(jīng)濟(jì)研究;2006年04期

10 李獻(xiàn)水;;當(dāng)前煤層氣地學(xué)人才培訓(xùn)工作中應(yīng)當(dāng)關(guān)注的幾個(gè)問(wèn)題[J];山東國(guó)土資源;2007年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 王慎言;;正在崛起的我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)[A];面向21世紀(jì)的科技進(jìn)步與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展（下冊(cè)）[C];1999年

2 李昕;;煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展比較研究[A];煤層氣勘探開(kāi)發(fā)理論與技術(shù)——2010年全國(guó)煤層氣學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2010年

3 林曉英;蘇現(xiàn)波;;關(guān)于煤及煤層氣工程專業(yè)建設(shè)的思考[A];中國(guó)高等地質(zhì)教育歷史經(jīng)驗(yàn)與科學(xué)發(fā)展研討會(huì)論文集[C];2009年

4 徐志強(qiáng);竹濤;;煤層氣排放對(duì)大氣的污染及抽采利用[A];第十三屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)第7分會(huì)場(chǎng)-實(shí)現(xiàn)“2020年單位GDP二氧化碳排放強(qiáng)度下降40-45%”的途徑研討會(huì)論文集[C];2011年

5 孫茂遠(yuǎn);許旺;郭藝;;發(fā)展煤層氣產(chǎn)業(yè)對(duì)減少溫室氣體排放的效果研究[A];第十三屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)第7分會(huì)場(chǎng)-實(shí)現(xiàn)“2020年單位GDP二氧化碳排放強(qiáng)度下降40-45%”的途徑研討會(huì)論文集[C];2011年

6 劉曉峰;;我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略和趨勢(shì)[A];2011年煤層氣學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2011年

7 李明宅;王U，

本文編號(hào)：1837635