發(fā)布時間：2020-07-27 14:42

【摘要】：煤層氣井的產(chǎn)量主要來自于基質(zhì)孔隙中的吸附氣,但基質(zhì)滲透率很小,滲流阻力非常大。因此氣體在基質(zhì)內(nèi)的流動對煤層氣整個運移過程至關(guān)重要。研究煤層氣開發(fā)過程中的多物理場耦合,對煤層氣井的增產(chǎn)改造和排采制度的制定具有積極意義。本文綜合運用物理實驗和數(shù)值模擬等手段,圍繞滇東黔西煤巖應(yīng)力作用下的滲流特性和煤層氣開采過程中的煤巖變形、基質(zhì)和裂隙滲流的多場耦合作用開展研究,具體工作和結(jié)論如下:(1)基于Coreval 700非穩(wěn)態(tài)覆壓孔滲儀,針對滇東黔西煤樣開展不同有效應(yīng)力下的滲流特性實驗。通過實驗得到了煤巖裂隙體積壓縮系數(shù),并驗證了滲透率與有效應(yīng)力的負指數(shù)關(guān)系。滇東黔西地區(qū)煤巖應(yīng)力敏感程度為強到極強水平,人工裂縫的敏感性強于天然裂縫。煤層氣井生產(chǎn)過程中,需要合理控制井底流壓,將有效應(yīng)力在8MPa以內(nèi),避免嚴重的滲透率傷害。(2)以實驗擬合結(jié)果為基礎(chǔ),考慮水平方向的應(yīng)變,建立包含吸附膨脹應(yīng)力的有效應(yīng)力表達式,得到真實應(yīng)力狀態(tài)下的裂隙滲透率模型。從力學和吸附變形出發(fā)推導了基質(zhì)的動態(tài)孔滲模型。根據(jù)甲烷的吸附特性及其在煤儲層中的儲存和流動特點,分別建立了煤儲層的裂隙和基質(zhì)孔隙中的氣體滲流方程。根據(jù)多孔介質(zhì)彈性理論的有效應(yīng)力原理,建立了考慮氣體壓力和吸附應(yīng)力影響的儲層應(yīng)力場方程。通過氣體壓力、體積應(yīng)變、吸附應(yīng)變等變量來實現(xiàn)煤層應(yīng)力、基質(zhì)和裂隙滲流的多場耦合過程。(3)基于建立的應(yīng)力-基質(zhì)和裂隙滲流的多場耦合模型,利用COMSOL求解耦合模型來模擬煤層氣生產(chǎn)過程。通過與應(yīng)力-裂隙滲流耦合模型對比,發(fā)現(xiàn)考慮氣體在低滲透基質(zhì)內(nèi)滲流時的阻力效應(yīng)會使累計產(chǎn)氣量降低6.48%,但能更好地表征甲烷氣體在煤儲層中實際的流動過程。裂隙間距越大,基質(zhì)滲透率越小,基質(zhì)的阻尼效應(yīng)越嚴重。分析結(jié)果表明,各因素對產(chǎn)量的影響程度從高到低依次為:裂隙滲透率、地應(yīng)力、裂隙間距、基質(zhì)滲透率。滇東黔西煤層氣開采的工程實踐表明,模擬結(jié)果與現(xiàn)場產(chǎn)量的變化趨勢是比較吻合的,累計產(chǎn)氣量的誤差低于26%,該模型能夠較好地模擬煤層氣開發(fā)過程。
【學位授予單位】：中國石油大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TE312
【圖文】：

3的地區(qū)共有九個，如圖1.1所示。截止 2015年末，我國地面開采煤層氣的總產(chǎn)量為 44.25億 m3，地面鉆井總數(shù)達到 17000 余口；2017 年中國煤層氣產(chǎn)量為 70.2 億 m3，同比累計增長 8.2%[3]。滇東黔西地區(qū)煤層含氣量高，煤層氣資源量達 3.5 萬億 m3，占全國總量的 13%，屬煤層氣大型富集區(qū)，開發(fā)潛力巨大，將是我國下一步煤層氣開發(fā)的重點區(qū)塊。圖 1.1 中國煤層氣資源分布及含氣量（萬億 m3）Fig. 1.1 Distribution of CBM resources and gas content in C

第 1 章 緒 論氣井累計產(chǎn)氣量的差異，評價各因素對煤層氣產(chǎn)量的影響程度。將該模型應(yīng)用于滇東黔西煤層氣開發(fā)工程的產(chǎn)能預(yù)測，為現(xiàn)場生產(chǎn)提供指導意義。根據(jù)以上的研究內(nèi)容，本論文的技術(shù)路線如圖 1.2 所示：

氣的滲流過程，給煤層氣井的合理開發(fā)帶來諸多困難。煤儲層的應(yīng)力敏感性是確定煤層氣井合理工作制度的重要依據(jù)。因此，研究高應(yīng)力的滇東黔西地巖滲透率隨有效應(yīng)力的變化規(guī)律對該地區(qū)煤層氣的高效開發(fā)具有積極意義。 實驗設(shè)備與原理.1 實驗設(shè)備本實驗主要設(shè)備是法國 VINCI 公司的 Coreval 700 非穩(wěn)態(tài)覆壓孔滲儀，其測程界面會顯示系統(tǒng)氣路圖、自動閥狀態(tài)、壓力傳感器數(shù)值等信息（圖 2.1）。備主要由覆壓孔滲儀主機和圍壓泵組成，儀器通過網(wǎng)絡(luò)交換機連接到計算機過計算機上的數(shù)據(jù)采集與計算軟件控制，系統(tǒng)其它組件及參數(shù)如表2.1所示。量過程中，軟件會按程序自動控制或鼠標手動控制所有閥的開關(guān)來調(diào)節(jié)圍壓隙壓力。滲透率的測量采用先進的非穩(wěn)態(tài)壓力衰減技術(shù)，實驗流體為氮氣，相應(yīng)的計算機程序來測量預(yù)設(shè)有效應(yīng)力下的滲透率數(shù)據(jù)。

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本文編號：2771977