發(fā)布時(shí)間：2020-07-27 14:42

【摘要】：煤層氣井的產(chǎn)量主要來(lái)自于基質(zhì)孔隙中的吸附氣,但基質(zhì)滲透率很小,滲流阻力非常大。因此氣體在基質(zhì)內(nèi)的流動(dòng)對(duì)煤層氣整個(gè)運(yùn)移過(guò)程至關(guān)重要。研究煤層氣開發(fā)過(guò)程中的多物理場(chǎng)耦合,對(duì)煤層氣井的增產(chǎn)改造和排采制度的制定具有積極意義。本文綜合運(yùn)用物理實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬等手段,圍繞滇東黔西煤巖應(yīng)力作用下的滲流特性和煤層氣開采過(guò)程中的煤巖變形、基質(zhì)和裂隙滲流的多場(chǎng)耦合作用開展研究,具體工作和結(jié)論如下:(1)基于Coreval 700非穩(wěn)態(tài)覆壓孔滲儀,針對(duì)滇東黔西煤樣開展不同有效應(yīng)力下的滲流特性實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了煤巖裂隙體積壓縮系數(shù),并驗(yàn)證了滲透率與有效應(yīng)力的負(fù)指數(shù)關(guān)系。滇東黔西地區(qū)煤巖應(yīng)力敏感程度為強(qiáng)到極強(qiáng)水平,人工裂縫的敏感性強(qiáng)于天然裂縫。煤層氣井生產(chǎn)過(guò)程中,需要合理控制井底流壓,將有效應(yīng)力在8MPa以內(nèi),避免嚴(yán)重的滲透率傷害。(2)以實(shí)驗(yàn)擬合結(jié)果為基礎(chǔ),考慮水平方向的應(yīng)變,建立包含吸附膨脹應(yīng)力的有效應(yīng)力表達(dá)式,得到真實(shí)應(yīng)力狀態(tài)下的裂隙滲透率模型。從力學(xué)和吸附變形出發(fā)推導(dǎo)了基質(zhì)的動(dòng)態(tài)孔滲模型。根據(jù)甲烷的吸附特性及其在煤儲(chǔ)層中的儲(chǔ)存和流動(dòng)特點(diǎn),分別建立了煤儲(chǔ)層的裂隙和基質(zhì)孔隙中的氣體滲流方程。根據(jù)多孔介質(zhì)彈性理論的有效應(yīng)力原理,建立了考慮氣體壓力和吸附應(yīng)力影響的儲(chǔ)層應(yīng)力場(chǎng)方程。通過(guò)氣體壓力、體積應(yīng)變、吸附應(yīng)變等變量來(lái)實(shí)現(xiàn)煤層應(yīng)力、基質(zhì)和裂隙滲流的多場(chǎng)耦合過(guò)程。(3)基于建立的應(yīng)力-基質(zhì)和裂隙滲流的多場(chǎng)耦合模型,利用COMSOL求解耦合模型來(lái)模擬煤層氣生產(chǎn)過(guò)程。通過(guò)與應(yīng)力-裂隙滲流耦合模型對(duì)比,發(fā)現(xiàn)考慮氣體在低滲透基質(zhì)內(nèi)滲流時(shí)的阻力效應(yīng)會(huì)使累計(jì)產(chǎn)氣量降低6.48%,但能更好地表征甲烷氣體在煤儲(chǔ)層中實(shí)際的流動(dòng)過(guò)程。裂隙間距越大,基質(zhì)滲透率越小,基質(zhì)的阻尼效應(yīng)越嚴(yán)重。分析結(jié)果表明,各因素對(duì)產(chǎn)量的影響程度從高到低依次為:裂隙滲透率、地應(yīng)力、裂隙間距、基質(zhì)滲透率。滇東黔西煤層氣開采的工程實(shí)踐表明,模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)量的變化趨勢(shì)是比較吻合的,累計(jì)產(chǎn)氣量的誤差低于26%,該模型能夠較好地模擬煤層氣開發(fā)過(guò)程。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE312
【圖文】：

3的地區(qū)共有九個(gè)，如圖1.1所示。截止 2015年末，我國(guó)地面開采煤層氣的總產(chǎn)量為 44.25億 m3，地面鉆井總數(shù)達(dá)到 17000 余口；2017 年中國(guó)煤層氣產(chǎn)量為 70.2 億 m3，同比累計(jì)增長(zhǎng) 8.2%[3]。滇東黔西地區(qū)煤層含氣量高，煤層氣資源量達(dá) 3.5 萬(wàn)億 m3，占全國(guó)總量的 13%，屬煤層氣大型富集區(qū)，開發(fā)潛力巨大，將是我國(guó)下一步煤層氣開發(fā)的重點(diǎn)區(qū)塊。圖 1.1 中國(guó)煤層氣資源分布及含氣量（萬(wàn)億 m3）Fig. 1.1 Distribution of CBM resources and gas content in C

第 1 章 緒 論氣井累計(jì)產(chǎn)氣量的差異，評(píng)價(jià)各因素對(duì)煤層氣產(chǎn)量的影響程度。將該模型應(yīng)用于滇東黔西煤層氣開發(fā)工程的產(chǎn)能預(yù)測(cè)，為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)提供指導(dǎo)意義。根據(jù)以上的研究?jī)?nèi)容，本論文的技術(shù)路線如圖 1.2 所示：

氣的滲流過(guò)程，給煤層氣井的合理開發(fā)帶來(lái)諸多困難。煤儲(chǔ)層的應(yīng)力敏感性是確定煤層氣井合理工作制度的重要依據(jù)。因此，研究高應(yīng)力的滇東黔西地巖滲透率隨有效應(yīng)力的變化規(guī)律對(duì)該地區(qū)煤層氣的高效開發(fā)具有積極意義。 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與原理.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備本實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備是法國(guó) VINCI 公司的 Coreval 700 非穩(wěn)態(tài)覆壓孔滲儀，其測(cè)程界面會(huì)顯示系統(tǒng)氣路圖、自動(dòng)閥狀態(tài)、壓力傳感器數(shù)值等信息（圖 2.1）。備主要由覆壓孔滲儀主機(jī)和圍壓泵組成，儀器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接到計(jì)算機(jī)過(guò)計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)采集與計(jì)算軟件控制，系統(tǒng)其它組件及參數(shù)如表2.1所示。量過(guò)程中，軟件會(huì)按程序自動(dòng)控制或鼠標(biāo)手動(dòng)控制所有閥的開關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)圍壓隙壓力。滲透率的測(cè)量采用先進(jìn)的非穩(wěn)態(tài)壓力衰減技術(shù)，實(shí)驗(yàn)流體為氮?dú)�，相�?yīng)的計(jì)算機(jī)程序來(lái)測(cè)量預(yù)設(shè)有效應(yīng)力下的滲透率數(shù)據(jù)。

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本文編號(hào)：2771977