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超临界CO2在低渗透煤层渗流规律研究

作　者: 任硕
导　师: 孙可明
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 工程力学
关键词: 超临界CO2 低渗透煤层 渗流 热流固耦合作用
分类号: TD712
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


我国煤层瓦斯储量丰富，绝大多数煤层具有低压、低渗、低饱和度的储层特征，煤层瓦斯抽采率普遍低，为提高煤层瓦斯抽采率，利用超临界CO2的零表面张力、低粘度、强扩散和溶解能力以及对温度和压力改变敏感等特性来提高低渗透煤层的渗透性，为此进行了超临界CO2在低渗透煤层的渗流规律和超临界CO2作用前后煤层渗透性变化规律实验研究，取得如下主要研究成果：（1）超临界CO2的密度和动力粘度与温度和孔隙压力的变化规律满足Peng-Robinson状态方程：动力粘度随温度呈现负指数变化规律，随孔隙压力呈现正指数变化规律；密度随温度呈负指数规律，在非超临界阶段，密度随孔隙压力呈线性增大规律，在超临界阶段，密度与孔隙压力呈现正指数规律；（2）利用THM三场耦合渗流实验装置，通过改变煤样的温度、孔隙压力和有效体积应力条件，完成了包括非超临界状态、过渡阶段、超临界状态三种状态在内的CO2渗流规律实验，揭示了煤样的渗透率和渗透系数随温度、孔隙压力、有效体积应力的变化规律；（3）基于实验结果和理论分析，得到了超临界CO2在低渗透煤层的非达西渗流规律，即流速V与压力梯度P变化规律呈现正指数关系V=AeB▽P（A，B均为大于0的常数），通过解析分析得到孔隙压力的变化规律；（4）通过超临界CO2作用前后的渗透率曲线比较，相同条件下的经过超临界CO2作用后的煤样较原始煤样渗透率明显增大；（5）考虑渗透率与温度、孔隙压力和有效体积应力的耦合关系，建立了超临界CO2在低渗透煤层中的孔隙-裂隙双重介质的热流固耦合模型，揭示了热流固三场耦合共同作用下注入超临界CO2过程中温度场、渗流场和应力场的变化规律。

全文目录


致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-12
1 绪论  12-19
  1.1 选题的目的和意义  12-14
  1.2 研究现状  14-17
    1.2.1 注 CO_2开采煤层气研究现状  14-16
    1.2.2 超临界 CO_2的研究现状  16-17
  1.3 研究内容及技术路线  17-19
2 煤层储渗特性和超临界 CO_2对煤的增透机理  19-31
  2.1 多孔介质  19-20
  2.2 煤体孔隙结构  20-23
    2.2.1 煤体基质孔隙系统  20-22
    2.2.2 煤体裂隙系统  22-23
  2.3 煤的力学特性及渗透率特征  23-25
    2.3.1 煤的力学特征  23-24
    2.3.2 煤的渗透率变化特征  24-25
  2.4 超临界 CO_2对煤的增透机理  25-29
    2.4.1 超临界流体  25-26
    2.4.2 超临界 CO_2的特性  26-27
    2.4.3 超临界 CO_2对煤体的增透机理  27-29
  2.5 本章小结  29-31
3 低渗透煤层注入 CO_2渗流实验研究  31-61
  3.1 实验原理  31-36
    3.1.1 CO_2密度和粘度计算  31-35
    3.1.2 渗透率和渗透系数计算  35-36
  3.2 实验装置和实验样品  36-37
  3.3 实验步骤  37-38
  3.4 实验结果分析  38-60
    3.4.1 渗流实验结果分析  38-55
    3.4.2 超临界 CO_2作用前后实验结果分析  55-60
  3.5 本章小结  60-61
4 低渗透煤层注入超临界 CO_2渗流解析分析  61-70
  4.1 非超临界状态渗流规律  61-62
  4.2 超临界状态渗流规律  62-64
  4.3 解析分析  64-69
    4.3.1 非达西渗流  64-68
    4.3.2 非达西渗流与达西渗流的对比  68-69
  4.4 本章小结  69-70
5 低渗透煤层注入超临界 CO_2渗流数值模拟  70-88
  5.1 低渗透煤层注入超临界 CO_2渗流数学模型  70-73
    5.1.1 基本假设  70
    5.1.2 煤体变形控制方程  70-71
    5.1.3 煤体温度控制方程  71-72
    5.1.4 超临界 CO_2渗流扩散控制方程  72-73
    5.1.5 渗透率耦合模型  73
  5.2 计算条件及模型简化  73-75
  5.3 数值模拟结果及分析  75-86
    5.3.1 温度场变化规律  75-77
    5.3.2 渗流场变化规律  77-82
    5.3.3 应力场变化规律  82-84
    5.3.4 渗透系数变化规律  84-86
  5.4 本章小结  86-88
结论  88-90
参考文献  90-95
作者简历  95-97
学位论文数据集  97-98

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中图分类: > 工业技术 > 矿业工程 > 矿山安全与劳动保护 > 矿井大气 > 矿井瓦斯
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