我國絕大多數(shù)高瓦斯和突出礦井煤層均屬于低滲透煤層，提高煤層的滲透性，綠色環(huán)保的開發(fā)天然氣，成為了學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。煤具有典型的雙重介質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，利用超臨界CO₂的零表面張力、低粘度、強(qiáng)擴(kuò)散和強(qiáng)溶解等特性提高多孔介質(zhì)滲透性，對低滲透煤層煤樣注入超臨界CO₂的流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行試驗(yàn)研究，并通過數(shù)值模擬進(jìn)一步研究超臨界CO₂注入煤層過程中，煤體內(nèi)部裂紋動(dòng)態(tài)擴(kuò)展以及應(yīng)力場、滲流場和溫度場耦合規(guī)律，取得如下主要結(jié)論： (1)利用自制型煤，通過控制煤樣滲透率隨溫度、孔隙壓力和有效體積應(yīng)力的正交變化，完成了CO₂由非超臨界到超臨界狀態(tài)變化的增透試驗(yàn)，揭示出煤樣滲透率和滲透系數(shù)變化規(guī)律，歸納出CO₂密度和動(dòng)力粘度隨溫度和壓力的經(jīng)驗(yàn)公式； (2)通過對型煤在超臨界CO₂作用前后的宏觀變化特征，以及其截面CT掃描后細(xì)觀變化規(guī)律的分析，說明超臨界CO₂注入煤樣后，大大促進(jìn)了煤樣內(nèi)部的孔隙裂隙發(fā)育，超臨界CO₂對提高煤層滲流性具有良好的效果...

【文章頁數(shù)】：99 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 選題的目的和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 超臨界 CO₂的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 低滲透煤層提高滲透率的研究
        1.2.3 裂隙煤體滲流模型的研究
    1.3 研究內(nèi)容及技術(shù)路線
        1.3.1 研究內(nèi)容
        1.3.2 技術(shù)路線
2 煤體力學(xué)結(jié)構(gòu)特征與超臨界 CO₂對煤體的作用機(jī)理
    2.1 煤層的構(gòu)造特性
        2.1.1 煤層基質(zhì)孔隙系統(tǒng)
        2.1.2 煤層裂隙系統(tǒng)
    2.2 煤的力學(xué)特性及滲透率特點(diǎn)
        2.2.1 煤的力學(xué)變形特征
        2.2.2 煤的滲透率變化特征
    2.3 超臨界 CO₂概述
        2.3.1 超臨界流體
        2.3.2 超臨界 CO₂的特性
    2.4 超臨界 CO₂對煤體的作用機(jī)理
        2.4.1 超臨界 CO₂的抽提作用
        2.4.2 超臨界 CO₂對煤層瓦斯的驅(qū)替作用
    2.5 本章小結(jié)
3 煤樣注入 CO₂增透試驗(yàn)研究
    3.1 試驗(yàn)裝置
    3.2 試驗(yàn)煤樣
        3.2.1 煤粉制作和篩選
        3.2.2 型煤的加工成型
    3.3 試驗(yàn)方法和步驟
    3.4 試驗(yàn)結(jié)果與分析
        3.4.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算原理
        3.4.2 CO₂密度和黏度計(jì)算
        3.4.3 滲流試驗(yàn)結(jié)果分析
    3.5 本章小結(jié)
4 低滲透煤層注入超臨界 CO₂壓裂裂隙擴(kuò)展數(shù)值模擬分析
    4.1 低滲透煤層注入超臨界 CO₂壓裂模擬的實(shí)現(xiàn)
        4.1.1 ABAQUS 中的斷裂力學(xué)原理
        4.1.2 ABAQUS 中 COHESIVE 單元
    4.2 低滲透煤層注入超臨界 CO₂壓裂數(shù)值模擬
        4.2.1 計(jì)算模型簡化
        4.2.2 邊界條件與初始條件
        4.2.3 數(shù)值模擬結(jié)果及分析
    4.3 本章小結(jié)
5 低滲透煤層注入超臨界 CO₂增透數(shù)學(xué)模型
    5.1 引言
    5.2 孔隙-裂隙介質(zhì)物理模型及相關(guān)假設(shè)
    5.3 孔隙-裂隙雙重介質(zhì)固流熱耦合數(shù)學(xué)模型
        5.3.1 煤基質(zhì)塊變形控制方程
        5.3.2 裂隙變形控制方程
        5.3.3 煤基質(zhì)塊溫度場控制方程
        5.3.4 裂隙溫度場控制方程
        5.3.5 超臨界 CO₂滲流-擴(kuò)散控制方程
        5.3.6 煤層裂隙系統(tǒng)滲透率變化模型
        5.3.7 邊界條件和初始條件
    5.4 本章小結(jié)
6 低滲透煤層注入超臨界 CO₂增透數(shù)值模擬
    6.1 煤層隨機(jī)割理裂隙系統(tǒng)的生成
        6.1.1 試驗(yàn)煤樣裂隙分布規(guī)律的識(shí)別
        6.1.2 煤層隨機(jī)裂隙系統(tǒng)生成
    6.2 計(jì)算模型
    6.3 定解條件
    6.4 數(shù)值模擬結(jié)果及分析
        6.4.1 溫度場動(dòng)態(tài)變化規(guī)律
        6.4.2 滲流場動(dòng)態(tài)變化規(guī)律
        6.4.3 應(yīng)力場動(dòng)態(tài)變化規(guī)律
        6.4.4 孔隙率動(dòng)態(tài)變化規(guī)律
        6.4.5 滲透系數(shù)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律
    6.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
作者簡歷
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集



本文編號：3886525