注非烃气体开采煤层气解/吸附及扩散过程的LBM模拟
发布时间：2021-01-05 21:00
煤层气是在煤形成过程中伴随而生的一种天然气体,大部分以吸附形式存在于煤岩的小、微孔隙表面,为近几十年以来公认的新兴清洁能源,我国煤层气资源丰富、储量巨大,开发与利用煤层气已成为我国战略性计划之一。经研究发现,向煤岩中注入CO2、N2以及二者混合气体等非烃气体可有效地增加煤层气开采率,目前国内外对此技术仍处于研究阶段,本质上注气开采煤层气为多组分气体之间相互影响、竞争吸附及相互替代过程,为充分理解其机理,需从微尺度方面描述不同注气气源和煤层气及煤岩间相互作用机制,并研究不同注气条件对注气开采煤层气效果的影响。本文首先利用四参数生长方法重构煤岩基质结构得到三维等效模型,再结合多分子Langmuir等温吸附方程、Fick第一定律及格子Boltzmann方法分别模拟CO2、N2以及二者混合气体开采煤层气的解/吸附及扩散过程,比较不同注气气源的作用机理和效果差异,为注气开采煤层气技术的气源选择提供一定指导和参考;讨论煤岩中孔隙率、储层压力、注气压力和温度等因素对注气开采煤层气技术的影响,从而为实际注气开采技术...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 煤层气开采方法
1.3 国内外研究现状
1.3.1 注气开采技术的气源研究
1.3.2 注气开采技术对煤岩的影响
1.3.3 注气开采技术的影响因素
1.3.4 注气开采技术的机理研究
1.4 研究内容及技术路线
1.4.1 研究内容
1.4.2 技术路线
第二章 格子Boltzmann方法简介
2.1 格子Boltzmann方法发展过程
2.2 LBM方法原理及优点
2.2.1 LBM方法原理
2.2.2 LBM方法优点
2.3 LBM方法的边界条件
2.3.1 周期边界处理格式
2.3.2 反弹边界处理格式
2.3.3 对称边界处理格式
2.3.4 非平衡态外推边界处理格式
2.3.5 滑移边界处理格式
2.4 参数无量纲化
2.5 本章小结
第三章 煤岩基质的重构
3.1 煤岩及煤层气简介
3.1.1 煤岩及煤层气的形成
3.1.2 煤岩结构
3.1.3 煤岩特征
3.2 传统多孔介质模型
3.2.1 毛管束模型
3.2.2 颗粒状模型
3.2.3 孔隙网络模型
3.3 四参数生长方法
3.3.1 四参数生长方法原理及优点
3.3.2 四参数生长方法步骤
3.4 不同参数对QSGS方法的影响
3.4.1 孔隙率对QSGS方法的影响
3.4.2 初始生长核概率对QSGS方法的影响
3.4.3 各方向生长概率对QSGS方法的影响
3.5 本章小结
第四章 注气开采技术解/吸附及扩散过程的数值模拟
4.1 模型选择及参数设置
4.1.1 煤岩中游离态气体储集模型
4.1.2 煤岩中气体扩散模型
4.1.3 煤岩中气体解/吸附模型
4.1.4 模拟参数设置
2开采技术解/吸附及扩散过程的数值模拟"> 4.2 注CO2开采技术解/吸附及扩散过程的数值模拟
4.3 注N2开采技术解/吸附及扩散过程的数值模拟
4.4 注混合气体开采技术解/吸附及扩散过程的数值模拟
4.5 本章小结
第五章 不同因素对注气开采效果的影响分析
5.1 煤岩孔隙率对注气开采效果的影响分析
5.2 初始储层压力对注气开采效果的影响分析
5.3 注气压力对注气开采效果的影响分析
5.4 温度对注气开采效果的影响分析
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤中二元气体竞争吸附与置换解吸的差异性及其置换规律[J]. 杨宏民,王兆丰,任子阳. 煤炭学报. 2015(07)
[2]基于四参数随机生长法重构土体的渗流细观数值模拟[J]. 周潇,申林方,阮永芬,王志良. 排灌机械工程学报. 2015(04)
[3]注气驱替煤层气数值模拟[J]. 吴金涛,侯健,陆雪皎,于波. 计算物理. 2014(06)
[4]致密多孔介质气体运移机理[J]. 刘圣鑫,钟建华,刘晓光,李勇,邵珠福,刘选. 天然气地球科学. 2014(10)
[5]基于CCUS的深部煤层煤层气采收及CO2封存效果[J]. 张文东,唐书恒,张松航,乔留虎,衣骏杰. 煤炭科学技术. 2014(08)
[6]含裂隙煤体瓦斯渗流规律的LBM数值模拟[J]. 田智威,谭云亮,刘兆霞. 煤炭学报. 2013(08)
[7]Lattice Boltzmann simulation of fluid flow through coal reservoir’s fractal pore structure[J]. JIN Yi,SONG HuiBo,HU Bin,ZHU YiBo,ZHENG JunLing. Science China（Earth Sciences）. 2013(09)
[8]注气驱替煤层瓦斯时效特性影响因素分析[J]. 杨宏民,夏会辉,王兆丰. 采矿与安全工程学报. 2013(02)
[9]煤微观结构三维表征及其孔-渗时空演化模式数值分析[J]. 金毅,宋慧波,潘结南,郑军领,祝一搏. 岩石力学与工程学报. 2013(S1)
[10]黔西比德-三塘盆地主采煤层孔隙特征[J]. 周龙刚,吴财芳. 煤炭学报. 2012(11)
博士论文
[1]煤岩粗糙裂隙结构渗流性质的实验与LBM模拟研究[D]. 张钦刚.中国矿业大学(北京) 2016
[2]煤层气运移LBM模型与井间干扰模拟研究[D]. 罗金辉.中国矿业大学 2012
[3]煤储层气体运移特征和CO2-ECBM数值模拟研究[D]. 张松航.中国地质大学（北京） 2011
[4]基于孔隙尺度的多孔介质流动与传热机理研究[D]. 赵凯.南京理工大学 2010
[5]井下注气驱替煤层甲烷机理及规律研究[D]. 杨宏民.河南理工大学 2010
[6]格子Boltzmann方法在热声领域的应用及热声谐振管可视化实验研究[D]. 王勇.西安交通大学 2009
[7]混合气体驱替煤层气技术的机理及试验研究[D]. 方志明.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2009
[8]基于格子Boltzmann方法的非线性渗流研究[D]. 柴振华.华中科技大学 2009
硕士论文
[1]超临界CO2驱替开采煤层气的实验研究[D]. 张倍宁.太原理工大学 2015
[2]单颗粒煤孔隙结构的数值模拟研究[D]. 于华伟.内蒙古科技大学 2014
[3]近邻界CO2在多孔介质中的流动：格子波尔兹曼模拟[D]. 殷志武.华中科技大学 2013
[4]顺层钻孔注气置换煤层瓦斯时效特性研究[D]. 夏会辉.河南理工大学 2012
[5]含瓦斯煤体振动增透技术试验研究[D]. 王松.安徽理工大学 2010
[6]关于淮南11槽煤注入二氧化碳驱替煤层甲烷的实验研究[D]. 朱和保.安徽理工大学 2010
[7]甲烷在构造煤中吸附和扩散的分子模拟[D]. 荆雯.太原理工大学 2010
[8]三维孔隙网络模型渗流机理算法及软件研制[D]. 乔能林.中国地质大学（北京） 2008
[9]煤孔隙结构和煤对气体吸附特性研究[D]. 孟宪明.山东科技大学 2007
本文编号：2959294
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 煤层气开采方法
1.3 国内外研究现状
1.3.1 注气开采技术的气源研究
1.3.2 注气开采技术对煤岩的影响
1.3.3 注气开采技术的影响因素
1.3.4 注气开采技术的机理研究
1.4 研究内容及技术路线
1.4.1 研究内容
1.4.2 技术路线
第二章 格子Boltzmann方法简介
2.1 格子Boltzmann方法发展过程
2.2 LBM方法原理及优点
2.2.1 LBM方法原理
2.2.2 LBM方法优点
2.3 LBM方法的边界条件
2.3.1 周期边界处理格式
2.3.2 反弹边界处理格式
2.3.3 对称边界处理格式
2.3.4 非平衡态外推边界处理格式
2.3.5 滑移边界处理格式
2.4 参数无量纲化
2.5 本章小结
第三章 煤岩基质的重构
3.1 煤岩及煤层气简介
3.1.1 煤岩及煤层气的形成
3.1.2 煤岩结构
3.1.3 煤岩特征
3.2 传统多孔介质模型
3.2.1 毛管束模型
3.2.2 颗粒状模型
3.2.3 孔隙网络模型
3.3 四参数生长方法
3.3.1 四参数生长方法原理及优点
3.3.2 四参数生长方法步骤
3.4 不同参数对QSGS方法的影响
3.4.1 孔隙率对QSGS方法的影响
3.4.2 初始生长核概率对QSGS方法的影响
3.4.3 各方向生长概率对QSGS方法的影响
3.5 本章小结
第四章 注气开采技术解/吸附及扩散过程的数值模拟
4.1 模型选择及参数设置
4.1.1 煤岩中游离态气体储集模型
4.1.2 煤岩中气体扩散模型
4.1.3 煤岩中气体解/吸附模型
4.1.4 模拟参数设置
2开采技术解/吸附及扩散过程的数值模拟"> 4.2 注CO2开采技术解/吸附及扩散过程的数值模拟
4.3 注N2开采技术解/吸附及扩散过程的数值模拟
4.4 注混合气体开采技术解/吸附及扩散过程的数值模拟
4.5 本章小结
第五章 不同因素对注气开采效果的影响分析
5.1 煤岩孔隙率对注气开采效果的影响分析
5.2 初始储层压力对注气开采效果的影响分析
5.3 注气压力对注气开采效果的影响分析
5.4 温度对注气开采效果的影响分析
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤中二元气体竞争吸附与置换解吸的差异性及其置换规律[J]. 杨宏民,王兆丰,任子阳. 煤炭学报. 2015(07)
[2]基于四参数随机生长法重构土体的渗流细观数值模拟[J]. 周潇,申林方,阮永芬,王志良. 排灌机械工程学报. 2015(04)
[3]注气驱替煤层气数值模拟[J]. 吴金涛,侯健,陆雪皎,于波. 计算物理. 2014(06)
[4]致密多孔介质气体运移机理[J]. 刘圣鑫,钟建华,刘晓光,李勇,邵珠福,刘选. 天然气地球科学. 2014(10)
[5]基于CCUS的深部煤层煤层气采收及CO2封存效果[J]. 张文东,唐书恒,张松航,乔留虎,衣骏杰. 煤炭科学技术. 2014(08)
[6]含裂隙煤体瓦斯渗流规律的LBM数值模拟[J]. 田智威,谭云亮,刘兆霞. 煤炭学报. 2013(08)
[7]Lattice Boltzmann simulation of fluid flow through coal reservoir’s fractal pore structure[J]. JIN Yi,SONG HuiBo,HU Bin,ZHU YiBo,ZHENG JunLing. Science China（Earth Sciences）. 2013(09)
[8]注气驱替煤层瓦斯时效特性影响因素分析[J]. 杨宏民,夏会辉,王兆丰. 采矿与安全工程学报. 2013(02)
[9]煤微观结构三维表征及其孔-渗时空演化模式数值分析[J]. 金毅,宋慧波,潘结南,郑军领,祝一搏. 岩石力学与工程学报. 2013(S1)
[10]黔西比德-三塘盆地主采煤层孔隙特征[J]. 周龙刚,吴财芳. 煤炭学报. 2012(11)
博士论文
[1]煤岩粗糙裂隙结构渗流性质的实验与LBM模拟研究[D]. 张钦刚.中国矿业大学(北京) 2016
[2]煤层气运移LBM模型与井间干扰模拟研究[D]. 罗金辉.中国矿业大学 2012
[3]煤储层气体运移特征和CO2-ECBM数值模拟研究[D]. 张松航.中国地质大学（北京） 2011
[4]基于孔隙尺度的多孔介质流动与传热机理研究[D]. 赵凯.南京理工大学 2010
[5]井下注气驱替煤层甲烷机理及规律研究[D]. 杨宏民.河南理工大学 2010
[6]格子Boltzmann方法在热声领域的应用及热声谐振管可视化实验研究[D]. 王勇.西安交通大学 2009
[7]混合气体驱替煤层气技术的机理及试验研究[D]. 方志明.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2009
[8]基于格子Boltzmann方法的非线性渗流研究[D]. 柴振华.华中科技大学 2009
硕士论文
[1]超临界CO2驱替开采煤层气的实验研究[D]. 张倍宁.太原理工大学 2015
[2]单颗粒煤孔隙结构的数值模拟研究[D]. 于华伟.内蒙古科技大学 2014
[3]近邻界CO2在多孔介质中的流动：格子波尔兹曼模拟[D]. 殷志武.华中科技大学 2013
[4]顺层钻孔注气置换煤层瓦斯时效特性研究[D]. 夏会辉.河南理工大学 2012
[5]含瓦斯煤体振动增透技术试验研究[D]. 王松.安徽理工大学 2010
[6]关于淮南11槽煤注入二氧化碳驱替煤层甲烷的实验研究[D]. 朱和保.安徽理工大学 2010
[7]甲烷在构造煤中吸附和扩散的分子模拟[D]. 荆雯.太原理工大学 2010
[8]三维孔隙网络模型渗流机理算法及软件研制[D]. 乔能林.中国地质大学（北京） 2008
[9]煤孔隙结构和煤对气体吸附特性研究[D]. 孟宪明.山东科技大学 2007
本文编号：2959294
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