复合储层瓦斯抽采运移规律及其机理的数值模拟研究

发布时间：2022-12-06 00:03

　　瓦斯抽采作为矿井瓦斯治理的基本技术手段,对确保瓦斯矿井安全生产具有举足轻重的作用。随着煤矿开采逐步向深部发展,煤层中的瓦斯含量及其瓦斯压力也逐渐增大,含煤地层的结构也更加复杂,尤其是在深部特厚煤层中,除了煤层本身作为瓦斯气源岩层和储集层,其它与煤层相邻的岩层（如泥岩、页岩和砂岩等）中也含有相当量的瓦斯气体。然而,目前对于瓦斯抽采运移的理论研究及其应用大多集中在煤层内部,忽略了煤层相邻岩层中的瓦斯储量及其对煤层瓦斯抽采的影响。本文将煤层及其上下相邻含瓦斯岩层作为一个整体即复合储层进行瓦斯抽采数值模拟研究。论述了复合储层的基本特性与瓦斯赋存机理,建立了复合储层中瓦斯抽采的运移数学模型,通过COMSOL Multiphysics多物理场数值软件对复合储层中顺煤层钻孔瓦斯抽采进行了数值模拟研究。得出的主要结论如下:（1）复合储层由煤层及其相邻含瓦斯岩层构成,瓦斯气体在储层中主要以吸附态和游离态存在。在进行瓦斯抽采时,随着煤层中的瓦斯逐渐被抽采出来,煤层上下相邻岩层中的瓦斯在层间压力差的作用下作定向流动,瓦斯从上下相邻岩层流向煤层,称为瓦斯层间窜流。（2）建立了复合储层顺煤层钻孔瓦斯抽采数学模型... 

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【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 复合储层瓦斯吸附解吸研究现状
        1.2.2 复合储层瓦斯运移机理研究现状
        1.2.3 复合储层瓦斯运移影响因素研究现状
        1.2.4 复合储层层间窜流的研究现状
    1.3 存在的问题与发展趋势分析
    1.4 主要研究内容和技术路线
第二章 复合储层基本特性及储气机理
    2.1 复合储层主要岩层类型
        2.1.1 储层主要岩性组成
        2.1.2 储层顶底板岩性
        2.1.3 储层主要气源岩层
    2.2 复合储层主要岩层孔隙结构特性
        2.2.1 煤层结构特征
        2.2.2 其他岩层结构特征
    2.3 复合储层瓦斯赋存特性及机理
        2.3.1 瓦斯吸附特性
        2.3.2 瓦斯解吸特性
    2.4 东曲矿工程地质及瓦斯赋存概况
    2.5 本章小结
第三章 复合储层瓦斯抽采运移机理
    3.1 复合储层瓦斯流体特征及其储量
        3.1.1 瓦斯流体基本特征
        3.1.2 瓦斯储量计算
    3.2 复合储层中瓦斯的扩散与渗流机理
        3.2.1 瓦斯的扩散机理
        3.2.2 瓦斯的渗流机理
        3.2.3 瓦斯扩散与渗流中的质量交换
    3.3 复合储层中瓦斯的层间窜流机理
        3.3.1 瓦斯的层间窜流特性
        3.3.2 瓦斯窜流流量与窜流系数
    3.4 本章小结
第四章 复合储层瓦斯抽采运移数学模型
    4.1 基本假设
    4.2 复合储层瓦斯抽采运移微分方程
        4.2.1 复合储层瓦斯吸附解吸方程
        4.2.2 复合储层瓦斯扩散微分方程
        4.2.3 复合储层瓦斯渗流微分方程
        4.2.4 复合储层瓦斯层间窜流方程
    4.3 复合储层瓦斯抽采运移微分方程求解
    4.4 本章小结
第五章 复合储层瓦斯抽采运移数值模拟
    5.1 ComsolMultiphysics简介
    5.2 模型建立及其初始条件和边界条件
        5.2.1 复合储层顺煤层钻孔初始条件
        5.2.2 有无瓦斯窜流的边界条件
    5.3 复合储层瓦斯运移模拟参数选取
        5.3.1 复合储层模型参数设置
        5.3.2 模拟储层物性参数选取
    5.4 复合储层瓦斯抽采数值模拟结果分析
        5.4.1 瓦斯抽采数值模拟过程
        5.4.2 瓦斯层间窜流模拟结果分析
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 不足与展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
[1]不同煤阶软硬煤的吸附—解吸规律及应用[D]. 孙丽娟.中国矿业大学（北京） 2013
[2]煤层气与煤层耦合运动理论及其应用的研究[D]. 吴世跃.东北大学 2006
[3]煤对CH4、N2、CO2及多组分气体吸附的研究[D]. 崔永君.煤炭科学研究总院 2003



本文编号：3710633