顺层钻孔瓦斯抽采物理模拟试验研究

发布时间：2020-11-05 07:09

　　 我国煤炭资源储量丰富,其在我国一次能源消费中占据很大比例,并且在相当长一段时间内仍将作为主要能源存在。煤炭资源安全、高效、绿色开采对煤炭工业健康、稳定运行具有重要意义。瓦斯抽采不仅是预防瓦斯灾害的重要技术手段,同时还能作为资源利用。在煤矿瓦斯治理过程中,顺层钻孔进行瓦斯抽采是主要技术措施之一,其中钻孔布置对抽采效果影响较大。基于此,本文利用自主研发的多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统,开展了顺层钻孔瓦斯抽采物理模拟试验研究,揭示了钻孔叠加效应、钻孔间距和卸压方式对瓦斯抽采的影响规律,取得以下主要研究结论:(1)在单一钻孔抽采条件下,钻孔所在断面不同位置处气压、温度测点下降具有差异性,距离钻孔越近,下降速率越快;钻孔所在断面气压等压线呈现出以钻孔抽采段为中心的环形分布,在主纵面上呈现出以钻孔为中心的近似圆形分布。(2)在多钻孔抽采条件下,钻孔受叠加效应影响,抽采过程中气压、温度、流量等储层参数变化速率较快;钻孔间距影响抽采过程中的叠加效应,钻孔间距越小,叠加效应越明显,两钻孔中间区域残余气压值越低,抽采过程中气压、温度下降速率越快,随着钻孔间距的增大,钻孔之间相互影响逐渐减弱。(3)定义了有效抽采面积,通过Matlab软件对煤层瓦斯抽采过程中等压线坐标的提取,利用Polyarea函数可计算出有效抽采面积,抽采钻孔间距越小,试验前期相同时刻有效抽采面积越大,减小钻孔布置间距,能提高瓦斯抽采效果,缩短顺层钻孔瓦斯抽采达标时间。(4)在卸压抽采条件下,三个方向同时卸压的抽采效果优于单一方向卸压抽采;从卸压速率看,在顺层钻孔瓦斯抽采过程中卸压速率越快,卸压抽采过程中气压、温度等储层下降速率也越快,抽采效果越好。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD712.6
【部分图文】：

图 2.1 多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统i-field coupling coalbed methane extraction physical simulat(a) 箱体加载示意图数据采集系统顺层钻孔抽采系统σ14σ2σ34σ13σ12σ11σ33σ32σ31

就是外界应力荷载卸载的速率不同，本组设计 2MPa/h 和 2MPa/min 两组卸压速率来分析。地应力在抽采开始后立即卸载，按照设定速率卸载到 0.1MPa。同时，为探究卸压方向对抽采的影响，分别设计了1、2、3三个方向卸压、1方向卸压、2方向卸压和3方向卸压试验，卸压速率均为 2MPa/min，其它试验条件均保持不变。研究采动卸压对抽采效果的影响，具体方案如表2.6，钻孔布置示意图如图2.5(a)所示。表 2.4 单一及多钻孔抽采试验方案Table2.4 Experimental scheme of single and multiple drilling extraction试验编号试验变量抽采钻孔地应力/MPa 气压/MPa钻孔数量含水率/%1=2=31钻孔数量Ⅱ4.0 1.012 Ⅱ+Ⅲ 263 Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ 4

3方向卸压试验，卸压速率均为 2MPa/min，其它试验条件均保持不变。研究采动卸压对抽采效果的影响，具体方案如表2.6，钻孔布置示意图如图2.5(a)所示。表 2.4 单一及多钻孔抽采试验方案Table2.4 Experimental scheme of single and multiple drilling extraction试验编号试验变量抽采钻孔地应力/MPa 气压/MPa钻孔数量含水率/%1=2=31钻孔数量Ⅱ4.0 1.012 Ⅱ+Ⅲ 263 Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ 4(a) Ⅱ钻孔 (b) Ⅱ&Ⅲ钻孔 (c) Ⅰ&Ⅱ&Ⅲ&Ⅳ钻孔图 2.4 钻孔布置示意图Fig.2.4 The schematic diagram of drilling arrangement
【参考文献】

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本文编号：2871301