井口泄漏的煤层气扩散规律及安全相关问题研究

【摘要】：煤层气作为一种优质、高效的清洁能源，越来越受到社会各界的关注，随着我国煤层气产业的发展，煤层气开采过程中的安全问题也越来越突出。煤层气井口设备，以及井口泄漏的煤层气都可能是造成井场事故的源头。煤层气泄漏到空气中后发生扩散，与空气混合，当达到煤层气的主要组分甲烷的爆炸极限时，可能会引发火灾爆炸，而煤层气中硫化氢在一定的浓度下，可能会导致中毒或生命危险，即使泄漏量很少，暂时不会造成重大事故，但是这些危险性气体滞留在空气，也会对周围环境和人类健康造成一定程度的伤害，因此，煤层气泄漏，不仅会造成人员伤亡和财产损失，还可能危害我们人类赖以生存的环境，留下长久的安全隐患，因此，对井口泄漏的煤层气进行扩散数值模拟，意义重大。 本论文首先比较分析了煤层气与天然气的异同点，并介绍了煤层气的开采机理和在开采煤层气过程中的排水采气设备，然后运用系统安全分析的方法——事故树分析法和预先危险性分析法分别对煤层气的井口设备采气树和抽油（水）机系统进行了风险分析，得出井口采气树发生泄漏的主要原因，此外，还指出了抽油机系统可能出现的事故类型和事故原因；其次，介绍了煤层气的物理、化学性质，并简单说明了煤层气的主要组分甲烷和硫化氢的毒害机理，为下面对煤层气的FLUENT模拟结果进行分析做了铺垫；再次，运用流体力学理论，推导出煤层气泄漏后在空气中的扩散方程组，然后简要介绍了计算流体动力学理论CFD理论，为下文对泄漏的煤层气进行FLUENT数值模拟提供理论指导；然后，建立模型，基于煤层气扩散方程组和CFD理论，选择合适的计算参数，运用计算机模拟软件FLUENT软件对井口泄漏的煤层气在空气中的泄漏状况进行了模拟，分别对入口速度、风速、重力和地形等扩散因素进行了比较分析研究，得出煤层气在不同影响因素下的扩散结果，并展示了入口速度为20m/s，风速为3m/s时，泄漏后5min以内，各时刻的浓度变化情况；最后，概述了应急预案和应急响应的基础理论，并根据煤层气泄漏后的FLUENT模拟结果，建立了煤层气井口发生泄漏时的应急预案。 本论文将系统安全分析的方法运用到煤层气井的安全分析过程中，并且将扩散数值模拟与应急预案管理结合起来分析研究，对以后煤层气泄漏扩散研究和事故预防有一定的指导意义。

【学位授予单位】：中国石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TE48