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1、低渗透煤层气开采的热流固耦合作用机理及应用研究【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
2、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.更多还原【Abstract】 The storage of coal bed methane (CBM) is rich in our cou
3、ntry. At present, the characteristics of abundance CBM reservoir with low permeability has restricted the development of Chinese CBM industry a lot. Therefore, aiming to improve the economic benefits of CBM exploitation, improving the permeability of coal bed becomes an important and difficult topic
4、 for CBM exploitation. According to theory of porous medium elasticity mechanics, seepage mechanics and thermodynamics, this dissertation syst.更多还原 【关键词】 双重孔隙介质； 热-流-固耦合； 渗透率； CO2-ECBM； 【Key words】 dual porosity media； thermal-hydrological-mechanical (THM) coupling； permeability； CO2-ECBM； 摘要 6-7 Ab
5、stract 7-8 图清单 16-22 表清单 22-23 变量表 23-24 1 绪论 24-42 1.1 研究背景及意义 24-26 1.2 国内外研究现状 26-39 1.3 本文的研究内容及技术路线 39-41 1.4 本文的主要创新点 41-42 2 热-流-固耦合控制方程 42-51 2.1 煤的结构特征 42-43 2.2 煤对气体的吸附特征 43-45 2.3 热-流-固耦合控制方程 45-49 2.4 热-流-固控制方程耦合关系 49 2.5 本章小结 49-51 3 考虑温度作用的渗透率动态变化模型 51-63 3.1 渗透性的影响因素 51-52 3.2 含温度效应的双
6、孔渗透率模型 52-57 3.3 煤层气开采的热-流-固耦合数学模型 57-62 3.4 本章小结 62-63 4 煤层气开采热-流-固耦合模型数值求解 63-94 4.1 数值计算模型及方案 63-66 4.2 温度对煤层气开采的影响 66-72 4.3 地应力对煤层气开采的影响 72-77 4.4 煤层弹模对煤层气开采的影响 77-82 4.5 裂隙发育程度对煤层气开采的影响 82-88 4.6 弹性模量衰减率的对煤层气开采的影响 88-93 4.7 本章小结 93-94 5 热-流-固耦合模型在煤层气注热开采中的应用 94-104 5.1 数值计算模型及方案 94-96 5.2 注热作用
7、对气体压力分布的影响 96-99 5.3 注热作用对煤层渗透率的影响 99-101 5.4 注热作用对于煤层气产量的影响 101-102 5.5 本章小结 102-104 6 C0_2-ECBM 的热-流-固耦合数学模型 104-117 6.1 二元气体竞争吸附对渗透率的影响 104-107 6.2 C0_2-ECBM 热-流-固耦合数学模型 107-112 6.3 C0_2-ECBM 模型的验证 112-115 6.4 本章小结 115-117 7 C0_2-ECBM 耦合数学模型的工程应用 117-147 7.1 沁水盆地C0_2-ECBM 工程背景及数值模型的建立 117-120 7.2 注C0_2 对煤层气增产效果 120-130 7.3 温度对C0_2-ECBM 的影响 130-141 7.4 注气压力对C0_2-ECBM 的影响 141-145 7.5 本章小结 145-147 8 主要结论 147-150 参考文献
