IMECH-IR  > 高温气体动力学国家重点实验室
煤层非定常渗流及热场渗流规律研究
Alternative TitleA Study of Unsteady and Non-isothermal Flow in Porous Coalbed Media
欧阳伟平
Thesis Advisor吴承康 ; 院士
2014
Degree Grantor中国科学院研究生院
Place of Conferral北京
Subtype博士
Degree Discipline流体力学
Abstract随着能源危机和环境污染的日益严重,如何高效洁净地开采煤储层中的能源已成为一项重要课题。煤层中除了含有大量煤炭资源外,还富含主要以吸附态存在的煤层气资源。煤层气开采技术和煤层地下气化技术是高效洁净开发煤层资源的有效途径。论文着重研究煤层资源开发过程中的非定常渗流和热场渗流问题,其中非定常渗流研究针对煤层气井的试井,而热场渗流研究针对煤炭地下气化过程。 煤层气井的试井技术是大规模开发煤层气的关键技术之一,通过分析试井过程中煤层非定常渗流的井底压力响应规律,来获取煤层的参数。结合我国煤层气开采的特点,论文研究不同复杂结构煤层气井的非定常渗流规律,建立了四大类煤层气井非定常渗流模型,包括常规直井模型、不完善井模型、压裂直井模型、水平井及压裂水平井模型。利用有限差分或者有限元方法对模型进行数值求解,获得了不同类型煤层气井的井底压力响应曲线及煤层压力场,并研究了各种参数的影响。明确了不同类型煤层气井的井底压力响应特征,为煤层气井的试井解释以及措施井的效果评价提供了理论指导。 通过对不同类型煤层气井的非定常渗流理论研究,论文提出了一些新的煤层气试井解释模型,同时也取得了一些新的结论和认识。在常用考虑煤层气解吸的双孔介质模型中引入了有效井径模型,并提出了一种更加实用的煤层气线性解吸源项的均质模型。根据我国煤层渗透率低的特点,根据三参数非线性渗流方程建立了一种煤层气井的非线性渗流模型,并发现常用拟线性渗流模型存在较大误差。建立了煤层气不完善井的渗流模型,确定了不完善表皮系数的计算公式,并发现在不完善井中表皮系数不能与井筒储存系数组合,部分打开射孔井的井底压力响应曲线兼有射孔井和部分打开裸眼井的特性。在煤层气压裂直井的渗流规律研究中,考虑了在煤层水力压裂中易形成复杂裂缝的情形,研究发现复杂裂缝条件下,线性流动阶段的压力导数曲线斜率可能会大于1/2。在水平井中,钻井污染区同样可以采用有效井径来代替,但是此时井筒储存系数与表皮系数不能组合。在压裂水平井的研究中,考虑水平井筒流量的影响,根据产率比的计算结果,提出了一种计算最优压裂条数的计算公式。 煤炭地下气化技术是开采深部煤炭的一种重要手段。煤炭地下气化过程是一个典型的非等温(热场)渗流过程。根据非等温渗流理论,建立一种煤炭地下气化过程的热场渗流模型,模型考虑了不同气化通道的情况,并加入了燃烧、气化和热解等化学反应。研究发现煤炭地下气化过程中,温度扩散缓慢,压力扩散迅速。通过分析不同气化通道和不同参数下煤层温度场分布、压力场分布、煤气组分、燃空区扩展等结果,发现不同气化通道下温度扩散的方式不同,气体的流动阻力也相差很大,其中定向钻井形成通道下的流动阻力最小,有利于降低注入能耗。产出煤气的热值主要取决于燃空区壁面温度大小。气化剂流量是影响燃空区扩展速度和注入端注入压力的主要因素。
Call Number31139
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/48977
Collection高温气体动力学国家重点实验室
Recommended Citation
GB/T 7714
欧阳伟平. 煤层非定常渗流及热场渗流规律研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2014.
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