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《中国矿业大学》 2011年
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低渗透煤层气开采的热—流—固耦合作用机理及应用研究

张丽萍  
【摘要】:我国煤层气资源储量丰富,但绝大部分储层具有“高储低渗”的特点,严重制约我国煤层气工业的发展。如何提高低渗透煤层的渗透率从而提高开采煤层气经济效益,是煤层气开采研究中的热点和难点。本文基于多孔介质弹性力学、渗流力学、热力学等理论,系统研究了温度影响下煤层中气体赋存运移变化规律,建立了包含煤层变形、气体扩散渗流、气体吸附以及温度效应的热-流-固多场耦合数学模型,并将模型应用到注热强化和注气驱替开采煤层气工程实践中,主要得到以下研究成果: (1)研究得到了气体吸附常数与温度之间的关系,建立了温度与气体压力共同作用下的吸附方程。针对煤的裂隙-孔隙结构特征,建立了包含温度效应的双重孔隙渗透率动态变化方程。在此基础上分别建立了煤体变形控制方程、气体运移控制方程、温度场控制方程。联立上述方程得到了包含煤层变形、气体渗流、气体吸附以及温度效应的热-流-固多场耦合数学模型。 (2)以煤层气开采为背景,利用COMSOL Multiphysics对热-流-固耦合数学模型进行了数值求解。结果表明:煤层的温度直接影响煤层气的产出速率,温度越高,煤层气开采效率越高;煤层地应力越大,其渗透率越低,煤层气开采效率越低;煤的弹性模量越小,煤层气开采效率越高;煤层中裂隙间距越小,煤层气开采效率越高;煤的弹性模量衰减率Rm越小,煤层的渗透率越大,煤层气开采效率越高。 (3)将热-流-固耦合数学模型应用到注热开采煤层气中,建立三维数值模型模拟和分析了注热对煤层气产出速率、孔隙压力分布、渗透率变化的影响。研究发现提高煤层温度,可以促进气体解吸作用的进行、提高煤层的渗透率,从而提高煤层气开采效率。 (4)研究了二元气体竞争吸附下煤层渗透率的动态变化规律,建立了在煤层中注CO2驱替CH4的热-流-固耦合数学模型,并对该模型进行了数值求解。通过将求解结果与实验结果对比,证明了该耦合模型的正确性。 (5)以沁水盆地煤层气增产试验为工程背景,利用所建的热-流-固耦合数学模型对CO2驱替CH4进行了模拟研究。模拟结果与现场试验数据吻合,表明在煤层中注入CO2能有效提高煤层气的产量。结果还显示若提高温度和注气压力可进一步增强CO2驱替CH4的效果。 该论文有图116幅,表20个,参考文献140篇。
【学位授予单位】:中国矿业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P618.11

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 秦玉金;深部煤层瓦斯赋存特征与解吸规律研究及应用[D];辽宁工程技术大学;2012年
【参考文献】
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1 王自明,杜志敏;弹性油藏中多相渗流的流-固-热耦合数学模型[J];大庆石油地质与开发;2003年01期
2 杨新乐;张永利;;气固耦合作用下温度对煤瓦斯渗透率影响规律的实验研究[J];地质力学学报;2008年04期
3 程瑞端,陈海焱,鲜学福,王国超;温度对煤样渗透系数影响的实验研究[J];煤炭工程师;1998年01期
4 余楚新,鲜学福,谭学术;煤层瓦斯流动理论及渗流控制方程的研究[J];重庆大学学报(自然科学版);1989年05期
5 刘保县,鲜学福,徐龙君,李秀清;地球物理场对煤吸附瓦斯特性的影响[J];重庆大学学报(自然科学版);2000年05期
6 王宏图,杜云贵,鲜学福,罗平亚;受地应力、地温和地电效应影响的煤层瓦斯渗流方程[J];重庆大学学报(自然科学版);2000年S1期
7 赵阳升,段康廉,胡耀青,杨栋,赵宝虎,马宇;块裂介质岩石流体力学研究新进展[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);1999年05期
8 梁冰,刘建军,王锦山;非等温情况下煤和瓦斯固流耦合作用的研究[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);1999年05期
9 孙艳玲,桂祥友;煤矿热害及其治理[J];辽宁工程技术大学学报;2003年S1期
10 李志强;鲜学福;;煤体渗透率随温度和应力变化的实验研究[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2009年S1期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 孙可明;低渗透煤层气开采与注气增产流固耦合理论及其应用[D];辽宁工程技术大学;2004年
2 白冰;CO_2煤层封存流动—力学理论及场地力学稳定性数值模拟方法[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2008年
【共引文献】
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1 张华,徐磊,范炳恒,桑树勋;两淮地区深部煤储层含气性预测[J];安徽地质;2002年01期
2 方金武;宋晓艳;蔡昌凤;唐传罡;;炼焦煤煤粉对焦化废水的吸附特性研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2010年02期
3 金学玉;瓦斯“截流抽放”快速揭煤法[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2004年06期
4 张霖;;桃园矿高位钻孔瓦斯抽放参数优化研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2009年02期
5 苏利军;;深部煤层瓦斯赋存规律及钻孔抽采有效半径研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2009年03期
6 汪义国;;近距离煤层群被保护层开采瓦斯综合治理技术研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2010年04期
7 蔡如法;童校长;;穿层钻孔掏穴增透强化抽采瓦斯技术研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2011年04期
8 李效军;王立功;;刘桥一矿瓦斯地质规律研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2011年05期
9 禹业挺;余陶;邓中;肖峻峰;;突出煤层穿层钻孔增透强化抽采瓦斯消突效果研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2011年06期
10 孙峰;薛世峰;仝兴华;;稠油注蒸汽热采中热-流-变形耦合模拟分析[J];地下空间与工程学报;2009年05期
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1 周新良;罗文柯;刘寿兰;陈小辉;;顺层长钻孔抽采瓦斯抽采半径数值法与钻孔负压法的对比分析研究[A];中国职业安全健康协会2011年学术年会论文集[C];2011年
2 张保良;;稠油热采定量化研究之一:热-流耦合数学模型[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
3 杨文哲;宋永臣;刘瑜;王志国;赵越超;张保良;;稠油热采定量化研究之二:热-流耦合模型应用及数值模拟[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
4 张丽萍;;考虑吸附变形的煤层气流固热耦合数学模型及数值模拟[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
5 梁冰;陈天宇;孙维吉;;复杂地质条件煤层气藏井间干扰对井网布置的影响[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
6 常先隐;;远距离下保护层开采瓦斯治理效果分析[A];2010年安徽省科协年会——煤炭工业可持续发展专题研讨会论文集[C];2010年
7 刘宜平;杨业新;蔡东红;华海洋;;大采高跨上山综采工作面瓦斯综合治理技术[A];2010年安徽省科协年会——煤炭工业可持续发展专题研讨会论文集[C];2010年
8 武光辉;石军宏;何涛;;高瓦斯矿井立井井筒快速揭煤实践研究[A];安全高效矿井安全保障技术——陕西省煤炭学会学术年会论文集(2011)[C];2011年
9 张进军;刘宁川;昝军才;;大佛寺煤矿掘进工作面卸压松动圈范围的确定[A];安全高效矿井安全保障技术——陕西省煤炭学会学术年会论文集(2011)[C];2011年
10 田永东;;煤矿区采煤采气一体化技术及其对设备的要求[A];非常规油气资源勘探开发装备及应用技术研讨会论文集[C];2011年
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1 魏风清;煤与瓦斯突出的物理爆炸模型及预测指标研究[D];河南理工大学;2010年
2 杨宏民;井下注气驱替煤层甲烷机理及规律研究[D];河南理工大学;2010年
3 袁东升;近距离保护层开采多场演化及安全岩柱研究[D];河南理工大学;2010年
4 李伟;深部巷道围岩稳定性安全控制原理与应用研究[D];山东科技大学;2010年
5 王印;储层钻井液气体定量检测影响因素及方法研究[D];山东科技大学;2010年
6 陈启文;双鸭山矿区煤的自燃特性及预防技术基础研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
7 王雪峰;煤活性基团与Ca~(2+)形成配合物的结构与表征[D];辽宁工程技术大学;2009年
8 彭晓华;辽宁矿区煤层气开采渗流规律研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
9 赵扬锋;煤岩变形破裂电荷感应规律的研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
10 何峰;岩石蠕变—渗流耦合作用规律研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
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1 郭柯;陶二井田瓦斯地质规律研究与瓦斯预测[D];河南理工大学;2010年
2 杨付领;潞安矿区3#煤层瓦斯地质规律与瓦斯预测[D];河南理工大学;2010年
3 曹卫斌;五阳矿井瓦斯地质规律与瓦斯预测[D];河南理工大学;2010年
4 王海生;采空区风流分布数值模拟研究[D];河南理工大学;2010年
5 王利强;突出煤层水力径向压裂石门快速揭煤技术研究及应用[D];河南理工大学;2010年
6 杨文旺;七星矿井瓦斯地质规律与瓦斯预测[D];河南理工大学;2010年
7 赵萌;长虹井田瓦斯地质规律及区域突出危险性预测[D];河南理工大学;2010年
8 潘少杰;新安煤田瓦斯赋存规律与突出区域预测指标研究[D];河南理工大学;2010年
9 陈建伟;松软煤层回采工作面前方煤体应力分布及位移变化特征[D];河南理工大学;2010年
10 姚春雨;黄陵二号煤矿综采工作面采空区瓦斯流动规律数值模拟研究[D];河南理工大学;2010年
【同被引文献】
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1 张华,徐磊,范炳恒,桑树勋;两淮地区深部煤储层含气性预测[J];安徽地质;2002年01期
2 李海燕;刘玉萍;秦佳之;薛翊国;;煤矿深井开采的合理经济深度研究[J];地下空间与工程学报;2008年04期
3 张小东;刘浩;刘炎昊;苏现波;;煤体结构差异的吸附响应及其控制机理[J];地球科学(中国地质大学学报);2009年05期
4 余楚新,鲜学福,谭学术;煤层瓦斯流动理论及渗流控制方程的研究[J];重庆大学学报(自然科学版);1989年05期
5 刘继岩,黄旭;沙曲矿煤层瓦斯赋存特征及抽放前景[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);1998年06期
6 梁政国;煤矿山深浅部开采界线划分问题[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2001年04期
7 李建伟,葛岭梅,徐精彩,文虎;松散煤体导热系数测定实验[J];辽宁工程技术大学学报;2004年01期
8 谢和平;矿山岩体力学及工程的研究进展与展望[J];中国工程科学;2003年03期
9 赵阳升,秦惠增,白其峥;煤层瓦斯流动的固-气耦合数学模型及数值解法的研究[J];固体力学学报;1994年01期
10 刘玉鼎;霍丙杰;辛龙泉;;深部开采环境及岩体力学行为研究[J];矿业工程;2009年03期
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1 刘洪永;远程采动煤岩体变形与卸压瓦斯流动气固耦合动力学模型及其应用研究[D];中国矿业大学;2010年
【二级参考文献】
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1 骆祖江,叶建平;煤层气运移产出气水固三相耦合模型[J];长春科技大学学报;2001年04期
2 骆祖江,杨锡禄;煤层甲烷运移聚集水动力场研究[J];长春地质学院学报;1997年03期
3 吴世跃,赵文,郭勇义;煤岩体吸附膨胀变形与吸附热力学的参数关系[J];东北大学学报;2005年07期
4 李锡夔;多孔介质中非线性耦合问题的数值方法[J];大连理工大学学报;1999年02期
5 杨起,汤达祯;华北煤变质作用对煤含气量和渗透率的影响[J];地球科学;2000年03期
6 唐书恒,汤达祯,杨起;二元气体等温吸附实验及其对煤层甲烷开发的意义[J];地球科学;2004年02期
7 李和全,李淑红,吴波,戴显耀,陈凌云;一个气液两相泡沫驱模型[J];大庆石油学院学报;1999年03期
8 刘强,王跃思,王明星,李晶,刘广仁;北京大气中主要温室气体近10年变化趋势[J];大气科学;2005年02期
9 周来;冯启言;李向东;刘波;;深部煤层对CO_2地质处置机制及应用前景[J];地球与环境;2007年01期
10 蔚远江,杨起,刘大锰,黄文辉;我国煤层气储层研究现状及发展趋势[J];地质科技情报;2001年01期
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1 王一兵;孙平;任源丰;鲜保安;张继东;;沁水煤层气田开发技术应用及效果分析[A];煤层气勘探开发理论与实践[C];2007年
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1 周志军;低渗透储层流固耦合渗流理论及应用研究[D];大庆石油学院;2003年
2 崔永君;煤对CH_4、N_2、CO_2及多组分气体吸附的研究[D];煤炭科学研究总院;2003年
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5 杨永杰;煤岩强度、变形及微震特征的基础试验研究[D];山东科技大学;2006年
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2 高洪烈;;论煤层气与地下水[J];中国煤田地质;1998年04期
3 刘建军,张盛宗,刘先贵,胡雅礽;裂缝性低渗透油藏流-固耦合理论与数值模拟[J];力学学报;2002年05期
4 卢国斌;郭超;宋有才;姜向华;;浅析我国煤层气的应用与发展[J];资源导刊;2010年12期
5 梁冰,刘晓丽,薛强;低渗透地下环境中水-岩作用的渗流模型研究[J];岩石力学与工程学报;2004年05期
6 吴小庆,杜宁,钟守铭;低渗气藏非线形方程新模型的适定性[J];电子科技大学学报;2004年04期
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8 周贤文;汤达祯;麻成斗;包凤;李婧婧;;敖南南部特低丰度低渗透薄互储层预测[J];内蒙古石油化工;2008年06期
9 王子娥;;滩坝砂薄互层特低渗透油藏有效动用技术[J];中国科技信息;2009年10期
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1 陈剑杰;周府生;;高能地下爆炸对岩体渗透率的改变[A];第五届全国工程地质大会文集[C];1996年
2 李世彬;邱红兵;邱亚玲;王维;;多因素促进煤层气开采分析与建议[A];非常规油气资源勘探开发装备及应用技术研讨会论文集[C];2011年
3 高红梅;兰永伟;赵继涛;于秀娟;马强;;温度和应力耦合条件下岩石渗透规律实验研究[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
4 邓泽;康永尚;刘洪林;李贵中;王勃;;排采过程中煤储层渗透率动态变化特征研究——以沁水煤层气田为例[A];2008年煤层气学术研讨会论文集[C];2008年
5 王克协;马俊;伍先运;张碧星;;利用偶极声测井中弯曲模反演渗透率的方法研究[A];1997年中国地球物理学会第十三届学术年会论文集[C];1997年
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7 伍先运;郭立;王克协;;利用声全波资料反演地层渗透率的实用分析[A];1994年中国地球物理学会第十届学术年会论文集[C];1994年
8 姚光庆;周锋德;;粘土矿物对低渗透油气储层特性的影响[A];2002低渗透油气储层研讨会论文摘要集[C];2002年
9 于忠良;熊伟;高树生;刘莉;;低渗透储层应力敏感程度及敏感机理分析[A];第九届全国渗流力学学术讨论会论文集(二)[C];2007年
10 聂百胜;何学秋;李祥春;张翔;;真三轴应力作用下煤体瓦斯渗流规律实验研究[A];中国软岩工程与深部灾害控制研究进展——第四届深部岩体力学与工程灾害控制学术研讨会暨中国矿业大学(北京)百年校庆学术会议论文集[C];2009年
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1 本报记者;煤层气开采用物资进口免关税[N];中国煤炭报;2011年
2 杨悦;煤企或将竞相涉足煤层气开采[N];中国矿业报;2010年
3 王轶 王建高;煤层气开采利用又添新技术[N];中国技术市场报;2011年
4 周明才 邓玉富;破解低渗透偏磨井难题[N];中国石化报;2010年
5 记者 王晓晖 特约记者 王金萍;“低渗透”上新高度[N];中国石油报;2009年
6 记者 范非 通讯员 杜朝安;晋城煤业煤层气开采技术取得突破[N];山西日报;2009年
7 记者 任继凯;低渗透油气藏成为勘探开发主战场[N];中国石油报;2009年
8 记者 赵士振 通讯员 刘桂华;胜利定向井公司煤层气开采实现新突破[N];中国石化报;2010年
9 彭旭峰;“低渗透”上的高发展[N];中国石油报;2009年
10 特约记者 袁伟 文珊;同低渗透展开“巅峰对决”[N];中国石油报;2006年
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1 张丽萍;低渗透煤层气开采的热—流—固耦合作用机理及应用研究[D];中国矿业大学;2011年
2 马强;煤层气储层渗透率变化规律理论与实验研究[D];中国矿业大学(北京);2011年
3 孙维吉;煤渗透和吸附变形规律实验研究[D];辽宁工程技术大学;2011年
4 孙可明;低渗透煤层气开采与注气增产流固耦合理论及其应用[D];辽宁工程技术大学;2004年
5 王启立;石墨多孔介质成孔逾渗机理及渗透率研究[D];中国矿业大学;2011年
6 武志德;考虑渗流及时间效应的层状盐岩溶腔稳定分析[D];中国矿业大学(北京);2011年
7 彭晓华;辽宁矿区煤层气开采渗流规律研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
8 吴宇;煤层中封存二氧化碳的双重孔隙力学效应研究[D];中国矿业大学;2010年
9 褚卫江;低孔隙度岩石细观本构模型及损伤—渗流耦合研究[D];河海大学;2007年
10 蒋金华;纺织预型件结构参数与模塑成型复合材料树脂渗透性关系的研究[D];东华大学;2011年
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1 王胜利;利用偶极声波测井资料反演渗透率的研究[D];中国石油大学;2011年
2 张晓春;井内爆炸岩石损伤及渗透率变化规律研究[D];中国石油大学;2011年
3 李素珍;依南2和吐孜洛克低渗透气藏产能预测研究[D];中国地质大学(北京);2003年
4 马强;长6期子长—安塞河流—三角洲砂体渗透率测井解释模型建立[D];西北大学;2012年
5 朱长军;非达西渗流实验研究及数学描述[D];中国科学院研究生院(渗流流体力学研究所);2002年
6 查振河;吉林低渗透砂岩油藏老井重复压裂技术[D];大庆石油学院;2008年
7 刘长宇;低渗透储量有效开发采油工程项目经济评价研究[D];吉林大学;2010年
8 肖昆;低渗透气藏压裂效果评价方法研究[D];西南石油学院;2003年
9 董瑞霞;利用常规测井资料识别低渗透储层天然气藏[D];吉林大学;2004年
10 王金亮;渤南油田作业后含水上升机理分析及控制措施实验研究[D];中国石油大学;2007年
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