学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

辽宁矿区煤层气开采渗流规律研究

作　者: 彭晓华
导　师: 潘一山
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 工程力学
关键词: 煤层气滑脱效应水-气两相耦合渗透实验数值模拟 FEPG
分类号: TD84
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
下　载: 488次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

煤层气是一种可替代天然气的高效、洁净能源,具有广阔的开发前景。我国部分地区的煤层气资源已形成产业化,辽宁煤层气资源量丰富,虽然开发起步早,也取得了很大的成功,但尚未形成全面产业化。其主要原因在于煤层大多数为低渗透煤层,大部分煤层含水,在钻井采气过程中伴随着水的产出,而水的存在影响了煤层气的产出。从文献的检索情况来看,辽宁各煤层气开采井渗流规律的系统分析较少。本论文采用实验室实验与数值模拟结合的研究方法,对考虑滑脱效应的水-气两相流的渗流机理、影响因素、数学模型等进行了进一步的研究,通过实验室实验发现,同一煤样的渗透率均随围压的增加而降低,且在围压较高时,煤样只有获得足够大的压力梯度时,才能使煤样具有一定的渗透性,且渗流曲线几乎都呈V字型变化。当围压相同时,不同含水率下的渗透率随着束缚水饱和度的增加而减小,气体通过同一煤样的启动压力逐渐增大,表现出与线性阶段围压增加相同的效果。在考虑滑脱效应影响时,通过实验拟合结果可以看出滑脱效应与达西渗流是同时存在的,实验过程中,在孔隙压较低时,滑脱效应为主要的渗流方式。而随着孔隙压的增加,有效应力降低,达西渗流方式开始增长,滑脱效应开始减小,当到达极值点时,达西渗流开始迅速增加,滑脱渗流方式减缓。通过建立的数学模型,在给出基本假设后,应用FEPG软件对考虑滑脱效应和不考虑滑脱效应煤层气渗透率、储层压力进行对比研究。其结果表明:在井周附近,考虑滑脱效应的压力要比不考虑滑脱效应的压力大,影响压力分布的区域也比不考虑滑脱效应的范围大。达西流和滑脱流靠近生产井周的区域压力变化都比远端剧烈;达西流对压力影响的范围比滑脱流小,压力梯度比滑脱流大。而通过实验样品参数进行煤层储层的压力、浓度、含水率、相对渗透率及井田水、气排采数据与现场数据对比分析可以看出,其模拟结果与现场实测排采数据吻合性较好。可为今后开采低渗气藏提供科学依据及产能预测。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-13
1 绪论  13-27
  1.1 问题的提出  13-15
  1.2 国内外研究现状  15-26
    1.2.1 煤层气渗流理论研究的现状  15-20
    1.2.2 煤层气渗流规律数值模拟研究的现状  20-21
    1.2.3 辽宁煤层气开采渗流规律研究现状  21-26
  1.3 本文主要研究内容  26-27
2 辽宁矿区地质概况及煤层气储层特征  27-42
  2.1  27-33
    2.1.1 阜新刘家区地质概况  27-28
    2.1.2 阜新矿区储层特征  28-33
  2.2 抚顺矿区地质概况及煤层气储层特征  33-35
    2.2.1 抚顺矿区地质概况  33-34
    2.2.2 抚顺矿区煤储层特性  34-35
  2.3 铁法矿区地质概况及煤层气储层特征  35-42
    2.3.1 铁法矿区地质概况  35-37
    2.3.2 铁法矿区煤层气储层特性  37-42
3 煤层气渗流特征实验研究  42-70
  3.1 实验原理及理论依据  42-50
    3.1.1 达西定律  42-44
    3.1.2 Klinkenberg 效应  44-45
    3.1.3 启动压力梯度效应  45-46
    3.1.4 扩散效应  46-48
    3.1.5 “水锁”效应  48-50
  3.2 水-气两相流体渗流实验研究  50-57
    3.2.1 实验目的  50
    3.2.2 实验装置及实验方法  50-57
  3.3 低渗煤层气藏气体渗流规律的实验  57-67
    3.3.1 压力梯度和围压对气体渗透率的影响  57-60
    3.3.2 klinkenberg 效应的存在性  60-62
    3.3.3 有效应力对煤层试样渗透率的影响  62-65
    3.3.4 含水饱和度与水气两相相对渗透率关系  65-67
  3.4 本章小结  67-70
4 辽宁矿区煤层气开采的数学模型  70-92
  4.1 基本假设  70-74
    4.1.1 煤储层的双孔隙度特性  70-71
    4.1.2 连续性假设  71-72
    4.1.3 煤层气在煤体中的输运过程  72-73
    4.1.4 基本假设  73-74
  4.2 煤层气的吸附与解吸  74-75
  4.3 微孔隙中气体的输运  75-77
  4.4 考虑滑脱效应的煤层气渗流连续性方程  77-80
  4.5 裂缝中煤层气、水两相渗流  80-84
    4.5.1 煤层气、水两相渗流的基本知识  80-82
    4.5.2 裂缝中煤层气的输运  82-83
    4.5.3 裂缝中水相质量方程  83-84
  4.6 煤岩变形的基本方程  84-87
    4.6.1 有效应力  84-85
    4.6.2 煤岩固体的变形场方程  85-87
  4.7 定解条件  87-89
    4.7.1 渗流场边界条件  87-88
    4.7.2 煤岩骨架变形场边界条件  88-89
    4.7.3 初始条件  89
  4.8 煤层气储层模拟的数学模型  89-91
  4.9 本章小结  91-92
5 考虑滑脱效应的煤层气渗流规律的数值模拟  92-111
  5.1 考虑滑脱效应的煤层气渗流数值模拟  92-101
    5.1.1 模型的基本假设  92-93
    5.1.2 考虑滑脱效应的煤层气渗流数学模型的弱积分形式  93
    5.1.3 煤层气渗流中压力场分布的数值模拟  93-101
  5.2 煤层气、水两相流渗流的数值模拟  101-109
    5.2.1 数学模型  101-102
    5.2.2 方程的等效弱积分形式  102-104
    5.2.3 计算结果  104-109
  5.3 本章小结  109-111
6 考虑滑脱效应的水-气两相耦合模拟在现场中的应用  111-133
  6.1 实验区储层模拟模型的建立  111-113
    6.1.1 几何模型和数学模型  111-112
    6.1.2 模拟求解参数  112-113
  6.2 煤层气浓度变化规律的模拟  113-117
  6.3 水饱和度变化规律的模拟  117-122
  6.4 储层压力变化规律的模拟  122-124
  6.5 水、气产能规律的模拟  124-131
  6.6 本章小结  131-133
结论  133-137
参考文献  137-144
作者简历  144-146
学位论文数据集  146-147
科技查新报告  147-148

辽宁矿区煤层气开采渗流规律研究

内容摘要

全文目录

相似论文