低渗透煤层注入超临界CO 2 增透规律研究

发布时间：2024-01-27 07:01

　　我国绝大多数高瓦斯和突出矿井煤层均属于低渗透煤层，提高煤层的渗透性，绿色环保的开发天然气，成为了学术研究的热点之一。煤具有典型的双重介质结构特征，利用超临界CO₂的零表面张力、低粘度、强扩散和强溶解等特性提高多孔介质渗透性，对低渗透煤层煤样注入超临界CO₂的流动规律进行试验研究，并通过数值模拟进一步研究超临界CO₂注入煤层过程中，煤体内部裂纹动态扩展以及应力场、渗流场和温度场耦合规律，取得如下主要结论： (1)利用自制型煤，通过控制煤样渗透率随温度、孔隙压力和有效体积应力的正交变化，完成了CO₂由非超临界到超临界状态变化的增透试验，揭示出煤样渗透率和渗透系数变化规律，归纳出CO₂密度和动力粘度随温度和压力的经验公式； (2)通过对型煤在超临界CO₂作用前后的宏观变化特征，以及其截面CT扫描后细观变化规律的分析，说明超临界CO₂注入煤样后，大大促进了煤样内部的孔隙裂隙发育，超临界CO₂对提高煤层渗流性具有良好的效果...

【文章页数】：99 页

【学位级别】：硕士

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致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 选题的目的和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 超临界 CO₂的研究现状
        1.2.2 低渗透煤层提高渗透率的研究
        1.2.3 裂隙煤体渗流模型的研究
    1.3 研究内容及技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
2 煤体力学结构特征与超临界 CO₂对煤体的作用机理
    2.1 煤层的构造特性
        2.1.1 煤层基质孔隙系统
        2.1.2 煤层裂隙系统
    2.2 煤的力学特性及渗透率特点
        2.2.1 煤的力学变形特征
        2.2.2 煤的渗透率变化特征
    2.3 超临界 CO₂概述
        2.3.1 超临界流体
        2.3.2 超临界 CO₂的特性
    2.4 超临界 CO₂对煤体的作用机理
        2.4.1 超临界 CO₂的抽提作用
        2.4.2 超临界 CO₂对煤层瓦斯的驱替作用
    2.5 本章小结
3 煤样注入 CO₂增透试验研究
    3.1 试验装置
    3.2 试验煤样
        3.2.1 煤粉制作和筛选
        3.2.2 型煤的加工成型
    3.3 试验方法和步骤
    3.4 试验结果与分析
        3.4.1 试验数据计算原理
        3.4.2 CO₂密度和黏度计算
        3.4.3 渗流试验结果分析
    3.5 本章小结
4 低渗透煤层注入超临界 CO₂压裂裂隙扩展数值模拟分析
    4.1 低渗透煤层注入超临界 CO₂压裂模拟的实现
        4.1.1 ABAQUS 中的断裂力学原理
        4.1.2 ABAQUS 中 COHESIVE 单元
    4.2 低渗透煤层注入超临界 CO₂压裂数值模拟
        4.2.1 计算模型简化
        4.2.2 边界条件与初始条件
        4.2.3 数值模拟结果及分析
    4.3 本章小结
5 低渗透煤层注入超临界 CO₂增透数学模型
    5.1 引言
    5.2 孔隙-裂隙介质物理模型及相关假设
    5.3 孔隙-裂隙双重介质固流热耦合数学模型
        5.3.1 煤基质块变形控制方程
        5.3.2 裂隙变形控制方程
        5.3.3 煤基质块温度场控制方程
        5.3.4 裂隙温度场控制方程
        5.3.5 超临界 CO₂渗流-扩散控制方程
        5.3.6 煤层裂隙系统渗透率变化模型
        5.3.7 边界条件和初始条件
    5.4 本章小结
6 低渗透煤层注入超临界 CO₂增透数值模拟
    6.1 煤层随机割理裂隙系统的生成
        6.1.1 试验煤样裂隙分布规律的识别
        6.1.2 煤层随机裂隙系统生成
    6.2 计算模型
    6.3 定解条件
    6.4 数值模拟结果及分析
        6.4.1 温度场动态变化规律
        6.4.2 渗流场动态变化规律
        6.4.3 应力场动态变化规律
        6.4.4 孔隙率动态变化规律
        6.4.5 渗透系数动态变化规律
    6.5 本章小结
结论
参考文献
作者简历
学位论文数据集



本文编号：3886525