本文關(guān)鍵詞： 煤儲(chǔ)層 格子Boltzmann方法 非匹配裂隙 分形裂-滲關(guān)系　出處：《河南理工大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：鑒于當(dāng)前全國范圍內(nèi)頻繁的瓦斯爆炸事故、嚴(yán)重的環(huán)境污染等重大問題,作為一種新型潔凈能源,煤層氣(CBM)的開發(fā)利用就成為了一項(xiàng)重大而又意義深遠(yuǎn)的工作。但因煤巖介質(zhì)是一種二元孔隙結(jié)構(gòu),其中割理/裂隙端面幾何及基質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)均異常復(fù)雜,表現(xiàn)出分形特征。而割理/裂隙網(wǎng)絡(luò)作為煤層氣運(yùn)移的主要通道,其幾何形貌對(duì)流體的運(yùn)移的影響顯著。因此探明粗糙割理中流體的運(yùn)移控制機(jī)理是實(shí)現(xiàn)煤層氣開采潛能科學(xué)評(píng)估及開采工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本前提,具有重要的理論意義及實(shí)用價(jià)值。然而,現(xiàn)場數(shù)據(jù)、常規(guī)的實(shí)驗(yàn)測試手段及經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式往往是基于宏觀層面的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,內(nèi)蘊(yùn)平穩(wěn)、連續(xù)假設(shè)且受精度和環(huán)境的影響明顯,不利于煤層氣運(yùn)移規(guī)律的發(fā)掘。因此要從機(jī)理層面理解煤層氣的運(yùn)移過程,必須從孔隙尺度出發(fā),在探明微觀幾何的控制作用和方式后,才能科學(xué)地推演復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)的輸運(yùn)屬性。近來,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展及分形理論的日趨成熟,兩者耦合的分析模式已成為當(dāng)前探索煤層氣運(yùn)移規(guī)律的重要手段和有效方法。結(jié)合煤層氣開采潛能評(píng)估這一難點(diǎn)問題,本文采用基于動(dòng)理論的格子Boltzmann技術(shù)體系,于孔隙尺度下著重研究了粗糙割理中煤層氣運(yùn)移規(guī)律。具體包括:(1)依據(jù)割理端面幾何的自仿射分形屬性,系統(tǒng)分析了割理粗糙復(fù)合形貌空間下煤層氣的運(yùn)移規(guī)律,并依據(jù)其作用方式及強(qiáng)度,提出了三重效應(yīng)的裂-滲關(guān)系模型,即局部粗糙效應(yīng)、流體內(nèi)部作用以及流-固間的效用,對(duì)應(yīng)的物性參數(shù)分別為局部粗糙度因子、水文彎曲度及大尺度下裂隙端面曲折率。其中水文彎曲度及端面曲折率表現(xiàn)出尺度不變特征,而局部粗糙度因子具有長程平穩(wěn)的特點(diǎn)�；谝陨涎芯拷o出了單粗糙割理中煤層氣運(yùn)移的分形裂-滲方程。(2)結(jié)合割理端面自仿射分形屬性及端面間的長程相關(guān)而短程非匹配的事實(shí),提出了一種構(gòu)建自然割理的算法。在此基礎(chǔ)上,系統(tǒng)分析了非匹配自仿射粗糙割理復(fù)合形貌空間下煤層氣運(yùn)移規(guī)律,具體特征如下:沿割理走向,剖面流速的分布為偏正態(tài)分布而非泊肅葉方程所描述的拋物線模型;自仿射非匹配割理空間中開度分布為一周期性的波狀起伏分布,該分布特征會(huì)增加割理流的水文彎曲度,進(jìn)而削弱割理空間的滲透性能;非匹配程度越高,曲折流效應(yīng)越明顯,并呈單調(diào)遞增趨勢。(3)依據(jù)割理網(wǎng)絡(luò)的空間構(gòu)型,于孔隙尺度下模擬了基于垂直井的煤層氣排采過程,并分析了排采井間的干擾模式,結(jié)果表明:井間距離及儲(chǔ)層壓力均對(duì)煤層氣的排采有一定的影響,趨勢為:井間距離同井口位置處煤層氣的流速之間呈單調(diào)遞增趨勢,同時(shí)針對(duì)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠碚f,當(dāng)井間距離為7.65時(shí),排采井之間的相互影響最小;儲(chǔ)層壓力同流速之間也呈單調(diào)遞增趨勢。因此,適當(dāng)增大井間距離及儲(chǔ)層壓力有利于煤層氣的排采。
[Abstract]:In view of the current frequent gas explosion accidents, serious environmental pollution and other major problems, as a new clean energy. The exploitation and utilization of CBM (coalbed methane) has become an important and far-reaching work, but the coal-rock medium is a binary pore structure. The geometry of cleat / fissure end surface and pore structure of matrix are all very complex, showing fractal characteristics, and cleat / fissure network is the main channel of coalbed methane migration. The geometric morphology has a significant effect on the fluid migration. Therefore, it is the basic premise of realizing the scientific evaluation of coal-bed methane exploitation potential and the optimization design of mining process to find out the control mechanism of fluid migration in rough cleat. It has important theoretical significance and practical value. However, the field data, conventional experimental test methods and empirical relations are often based on the statistical results at the macro level, and the implication is stable. The continuity hypothesis is obviously affected by precision and environment, which is not conducive to the discovery of the migration law of CBM. Therefore, to understand the migration process of CBM from the mechanism level, we must proceed from the pore scale. The transport properties of complex pore structures can be deduced scientifically only after the control function and mode of microscopic geometry are proved. Recently, with the rapid development of computer technology and the maturation of fractal theory. The coupled analysis model has become an important means and an effective method to explore the migration law of coalbed methane (CBM). In this paper, the lattice Boltzmann technology system based on dynamic theory is adopted. The migration law of coalbed gas in rough cleavage is studied at pore scale, including: 1) according to the self-affine fractal properties of the surface geometry of the cleat. The migration law of coalbed methane in the cleat and rough composite morphology space is analyzed systematically. According to its action mode and strength, the cleft permeability relation model of triple effect, namely local roughness effect, is put forward. The local roughness factor is the corresponding physical parameters of the internal interaction of the fluid and the effectiveness of the fluid-solid. The hydrological bending degree and the fracture end surface zigzag rate at large scale, in which the hydrological bending degree and the end surface zigzag rate show the invariant characteristics of the scale. The local roughness factor is stable in long range. Based on the above research, the fractal fracture-permeability equation of coalbed methane migration in single rough cleat is given. Combining the self-affine fractal properties of cleats and the facts of long range correlation and short range mismatch between facets. An algorithm for constructing natural cleats is proposed. On this basis, the migration law of coalbed gas in the composite topography space of mismatched self-affine rough cleats is systematically analyzed. The specific characteristics are as follows: along the cleat direction. The profile velocity distribution is a partial normal distribution rather than a parabola model described by the Poisson equation. The opening distribution in the self-affine mismatched cleat space is a periodic wave-like undulating distribution, which will increase the hydrological curvature of the cleat flow and weaken the permeability of the cleat space. The higher the mismatch degree, the more obvious the zigzag flow effect, and the monotone increasing trend. (3) according to the spatial configuration of the cleat network, the coal bed methane production process based on vertical well is simulated in pore scale. The interference mode between production wells is analyzed. The results show that the distance between wells and reservoir pressure have some influence on the coal bed methane production. The trend is as follows: the velocity of coalbed methane at the same well head position is increasing monotonously. At the same time, according to the current experimental model, when the distance between wells is 7.65, the interaction between the drainage and production wells is the least. There is also a monotone increasing trend between reservoir pressure and flow velocity. Therefore, proper increase of inter-well distance and reservoir pressure is beneficial to the expulsion and production of coalbed methane.
【學(xué)位授予單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TD712

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本文編號(hào)：1490295