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热流固耦合在煤层气渗流过程中的应用

作　者: 王仲勋
导　师: 郭永存
学　校: 安徽理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 煤层气渗流热流固耦合 FEPG
分类号: TD845
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 541次
引　用: 2次
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内容摘要

煤层气是成分以甲烷为主,含重烃气、非烃气的自储式非常规天然气藏。数百年来矿业部门从残酷的现实出发,一直视煤层甲烷为煤矿的一大灾害。近些年来,随着天然气需求量增大和勘探技术的改进,人们逐渐认识到煤层气是一种潜力巨大的非常规能源,因此日益引起人们的广泛重视。当前,在石油工业基础上发展起来的一套煤层气勘探、开发技术已经成熟且行之有效,对目前尚无法开采的深层煤提供了一种可对其资源加以利用的方法。对煤层气在煤岩中渗流机理的认识的深入程度将直接影响到对煤层气的有效开发利用。由于煤层性质的特殊性,甲烷在煤层中赋存的状态和流动机理与常规砂岩储层中不同。近年来随着石油工业的发展以及解决复杂石油工程问题的需要,人们逐渐将流固耦合理论应用于油气藏的开采当中。最近通过大量的实验证明,煤层气在解吸过程中煤体温度要下降5℃。所以,温度对煤层气渗流规律的影响是不能忽略的,煤层气的渗流过程是受渗流场、煤体骨架变形场及温度场耦合作用影响的。本文针对煤层气藏的特殊性质,首先对其地质演化、地质环境和煤层气的生成、运移、储集及渗流规律等方面的特征进行了总结。通过实验验证了煤层气产出过程中所经历的三个阶段。并在前人研究的基础上建立了描述煤层气渗流规律的数学模型并给出了有限元求解方法和基于FEPG的求解方法,为研究此类非线性耦合问题提供了新的思路。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
引言  11-12
1 绪论  12-16
  1.1 立论依据及目的意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-14
  1.3 研究内容及技术路线  14-15
  1.4 完成的主要研究成果  15-16
2 煤层气地质及渗流特征  16-35
  2.1 地质构造和沉积环境特征  16-28
    2.1.1 煤层气及煤层气田地质构造特征  16-18
    2.1.2 沉积环境  18-19
    2.1.3 煤层中烃类的生成  19-22
    2.1.4 煤层气藏的储层特征  22-28
  2.2 煤层气的流动特征分析  28-29
  2.3 煤层气渗流规律实验研究  29-34
    2.3.1 实验装置  29
    2.3.2 实验目的  29
    2.3.3 实验过程  29-30
    2.3.4 水、煤层气有效渗透率及相对渗透率  30-31
    2.3.5 实验结果  31-32
    2.3.6 数据分析及结论  32-34
  2.4 小结  34-35
3 煤层气热—流—固耦合渗流数学模型及数值求解  35-48
  3.1 基本假设  35-37
  3.2 运动方程  37-39
  3.3 渗流方程  39-41
  3.4 煤岩骨架变形场方程  41-43
  3.5 煤岩温度场方程  43
  3.6 煤岩骨架变形对瓦斯渗流的影响  43-44
  3.7 瓦斯渗流对煤岩变形的影响  44
  3.8 煤层温度场对瓦斯渗流影响  44
  3.9 渗流场、温度场和变形场的边界条件和初始条件  44-45
    3.9.1 渗流场的定解条件  44-45
    3.9.2 温度场边界条件  45
    3.9.3 变形场边界条件  45
  3.10 耦合计算的程序设计  45
  3.11 小结  45-48
4 基于FEPG的煤层气渗流规律研究  48-63
  4.1 FEPG系统简介  48-54
    4.1.1 程序结构  48-49
    4.1.2 应用FEPG进行有限元计算的一般过程  49-50
    4.1.3 多场耦合问题  50
    4.1.4 偏微分方程的“弱”形式—虚位移原理  50-54
  4.2 理想情况下煤层气渗流规律数值模拟  54-57
    4.2.1 理想情况下煤层气渗流数学模型  54-55
    4.2.2 理想情况下煤层气渗流数学模型弱解形式  55-56
    4.2.3 需填写的FEPG系统文件  56-57
  4.3 考虑流固耦合的煤层气渗流规律数值模拟  57-61
    4.3.1 考虑流固耦合的煤层气渗流规律控制方程  57
    4.3.2 考虑流固耦合的煤层气渗流规律数学模型弱解形式  57-58
    4.3.3 需填写的FEPG系统文件  58-61
  4.4 实例计算  61-62
  4.5 小结  62-63
5 总结和展望  63-64
  5.1 结论  63
  5.2 研究展望  63-64
参考文献  64-67
致谢  67-68
作者简介及读研期间发表论文  68

热流固耦合在煤层气渗流过程中的应用

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