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探索裂纹低渗透煤层注入超临界CO_2增透规律

最后更新时间:2023-12-20 作者:用户投稿原创标记本站原创 点赞:6409 浏览:20081
论文导读:
摘要:我国绝大多数高瓦斯和突出矿井煤层均属于低渗透煤层,提升煤层的渗透性,绿色环保的开发天然气,成为了学术探讨的热点之一。煤具有典型的双重介质结构特点,利用超临界CO_2的零表面张力、低粘度、强扩散和强溶解等特性提升多孔介质渗透性,对低渗透煤层煤样注入超临界CO_2的流动规律进行试验探讨,并通过数值模拟进一步探讨超临界CO_2注入煤层历程中,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,通过制约煤样渗透率随温度、孔隙压力和有效体积应力的正交变化,完成了CO_2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CO_2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CO_2作用前后的宏观变化特点,以及其截面CT扫描后细观变化规律的浅析,说明超临界CO_2注入煤样后,大大推动了煤样内部的孔隙裂隙发育,超临界CO_2对提升煤层渗流性具有良好的效果;(3)利用COHESIVE单元模拟煤层面割理系统,实施裂纹面固定点监测,揭示了CO_2压裂历程中裂纹面孔隙压力、裂纹张开度,以及煤层位移动态分布规律;(4)建立了煤层裂隙系统渗透率变化模型,同时根据超临界CO_2在煤层中运移、吸附特点建立包含了煤的变形、气体渗流和气体吸附的热流固三场耦合双重介质的数学模型;(5)通过对试验煤样截面进行数字图像处理,统计浅析煤样割理系统,揭示割理分布规律,生成具有随机裂隙的煤层模型,同时依据型煤注入超临界CO_2增透试验所得渗透率和渗透系数的演化规律,以及CO_2随压力和温度的密度和动力粘度的变化规律进行流体本构模型的二次开发,实现了超临界CO_2作用下随机裂隙煤层致裂增透的热流固三场耦合模拟浅析,揭示了注气历程中,煤层内部孔隙压力、渗透系数、有效体积应力以及温度等变量的变化规律。关键词:超临界CO_2论文双重介质论文渗透率论文裂纹扩展论文增透规律论文
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摘要6-7
Abstract7-12
1 绪论12-20

1.1 选题的目的和作用12-14

1.2 国内外探讨近况14-18

1.2.1 超临界 CO_2的探讨近况14-15

1.2.2 低渗透煤层提升渗透率的探讨15-16

1.2.3 裂隙煤体渗流模型的探讨16-18

1.3 探讨内容及技术路线18-20

1.3.1 探讨内容18-19

1.3.2 技术路线19-20

2 煤体力学结构特点与超临界 CO_2对煤体的作用机理20-30

2.1 煤层的构造特性20-22

2.

1.1 煤层基质孔隙系统20-21

2.

1.2 煤层裂隙系统21-22

2.2 煤的力学特性及渗透率特点22-24

2.1 煤的力学变形特点22-23

2.2 煤的渗透率变化特点23-24

2.3 超临界 CO_2概述24-26

2.3.1 超临界流体24-25

2.3.2 超临界 CO_2的特性25-26

2.4 超临界 CO_2对煤体的作用机理26-28

2.4.1 超临界 CO_2的抽提作用26-28

2.4.2 超临界 CO_2对煤层瓦斯的驱替作用28

2.5 本章小结28-30

3 煤样注入 CO_2增透试验探讨30-56

3.1 试验装置30

3.2 试验煤样30-32

3.

2.1 煤粉制作和筛选31-32

3.

2.2 型煤的加工成型32

3.3 试验策略和步骤32-33

3.4 试验结果与浅析33-54

3.4.1 试验数据计算原理33-34

3.4.2 CO_2密度和黏度计算34-39

3.4.3 渗流试验结果浅析39-54

3.5 本章小结54-56

4 低渗透煤层注入超临界 CO_2压裂裂隙扩展数值模拟浅析56-69

4.1 低渗透煤层注入超临界 CO_2压裂模拟的实现56-63

4.

1.1 ABAQUS 中的断裂力学原理56-60

4.

1.2 ABAQUS 中 COHESIVE 单元60-63

4.2 低渗透煤层注入超临界 CO_2压裂数值模拟63-67
4.

2.1 计算模型简化63

4.

2.2 边界条件与初始条件63-64

4.

2.3 数值模拟结果及浅析64-67

4.3 本章小结67-6论文导读:本章小结91-92结论92-93参考文献93-96作者简历96-98学位论文数据集98-99上一页12
9
5 低渗透煤层注入超临界 CO_2增透数学模型69-76

5.1 引言69

5.2 孔隙-裂隙介质物理模型及相关假设69-70

5.3 孔隙-裂隙双重介质固流热耦合数学模型70-75

5.

3.1 煤基质块变形制约方程70

5.

3.2 裂隙变形制约方程70-71

5.

3.3 煤基质块温度场制约方程71

5.

3.4 裂隙温度场制约方程71-72

5.

3.5 超临界 CO_2渗流-扩散制约方程72-74

5.

3.6 煤层裂隙系统渗透率变化模型74

5.

3.7 边界条件和初始条件74-75

5.4 本章小结75-76
6 低渗透煤层注入超临界 CO_2增透数值模拟76-92

6.1 煤层随机割理裂隙系统的生成76-79

6.

1.1 试验煤样裂隙分布规律的识别76-78

6.

1.2 煤层随机裂隙系统生成78-79

6.2 计算模型79-80

6.3 定解条件80-81

6.4 数值模拟结果及浅析81-91

6.

4.1 温度场动态变化规律81-83

6.

4.2 渗流场动态变化规律83-85

6.

4.3 应力场动态变化规律85-86

6.

4.4 孔隙率动态变化规律86-87

6.

4.5 渗透系数动态变化规律87-91

6.5 本章小结91-92
结论92-93
参考文献93-96
作者简历96-98
学位论文数据集98-99