我國有不少煤炭資源與石油資源重疊區(qū),先期開采石油后遺留了大量廢棄石油井。來自含油地層的大量油層氣沿著廢棄石油井向井周圍煤層擴(kuò)散滲流而形成油層氣富聚區(qū),從而嚴(yán)重威脅到井周圍煤層的安全高效開采。研究揭示廢棄石油井周圍煤層內(nèi)油層氣擴(kuò)散滲流規(guī)律是對其危害進(jìn)行科學(xué)有效防治的重要基礎(chǔ)。本文通過煤體結(jié)構(gòu)與氣體運(yùn)移相關(guān)理論的系統(tǒng)分析,得出了煤體微觀孔裂隙結(jié)構(gòu)特性以及煤層內(nèi)油層氣賦存與運(yùn)移特性,認(rèn)為油層氣分別以吸附態(tài)與游離態(tài)賦存在煤體孔隙與裂隙系統(tǒng)內(nèi),并且在孔隙與裂隙系統(tǒng)內(nèi)的運(yùn)移方式分別服從菲克定律和達(dá)西定律。在石油井內(nèi)高壓驅(qū)動下,井內(nèi)油層氣通過滲流進(jìn)入煤體裂隙系統(tǒng),隨后又通過擴(kuò)散進(jìn)入孔隙系統(tǒng),基于煤體孔隙裂隙二重介質(zhì)等假設(shè),推導(dǎo)出了煤層中油層氣的擴(kuò)散與滲流方程,結(jié)合流動過程煤體滲透率動態(tài)演變特征與煤體變形機(jī)理,建立了煤層內(nèi)油層氣流動的擴(kuò)散-滲流耦合模型。通過對雙馬煤礦煤樣和石油井內(nèi)油層氣的實(shí)測分析,得到了油層氣流動的主要參數(shù),運(yùn)用COMSOLMultiphysics軟件對建立的耦合模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算分析,發(fā)現(xiàn)流動過程中,石油井周圍煤層內(nèi)油層氣壓力的增加速度均呈現(xiàn)先加快后減慢特征,油層氣壓力均隨著時(shí)間增加而緩慢趨于穩(wěn)定,并且距離井越近,油層氣壓力短時(shí)間內(nèi)變化越快,壓力也越大。通過改變石油井內(nèi)油層氣的壓力,得到了井內(nèi)油層氣壓力恒定以及以不同速率線性增加時(shí),油層氣影響半徑隨時(shí)間的變化關(guān)系�；谀M結(jié)果與馬探31號石油井實(shí)測結(jié)果基本相吻合,對第30年時(shí)煤層內(nèi)油層氣流動速度與壓力進(jìn)行模擬,發(fā)現(xiàn)隨著流動距離增加,油層氣流動速度和壓力均逐漸減小,得到了第30年時(shí)煤層內(nèi)油層氣流動速度與壓力隨著流動距離的分布關(guān)系式。本研究結(jié)果為雙馬煤礦油層氣的防治及安全高效采煤提供了理論指導(dǎo),對類似煤油氣共生礦井安全協(xié)調(diào)開采也具有重要意義。
【學(xué)位單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TD821
【部分圖文】：

技術(shù)路線

自身會形成各種各樣、大小不一的孔隙[水、氣流動的作用下，在成煤后期也會許多學(xué)者認(rèn)為煤體作為煤層內(nèi)各種氣體的孔隙和煤�；|(zhì)之間的裂隙組成的雙重介裂隙系統(tǒng)都相當(dāng)發(fā)育，都具有相當(dāng)大的比由 Barenblatt G. I.[42]提出，他認(rèn)為煤體整煤體基質(zhì)塊，另一部分是用于分割相鄰體孔隙-裂隙雙重介質(zhì)結(jié)構(gòu)特性�；|(zhì)內(nèi)度及連通性決定了煤層內(nèi)氣體流動的性一系列作用演變而成的，因此成煤作用形，所以成煤作用前植物的原始結(jié)構(gòu)和成煤孔隙結(jié)構(gòu)特性[43]，煤體基質(zhì)內(nèi)孔隙的尺被稱為微孔隙，煤體的微孔隙結(jié)構(gòu)十分發(fā)賦存在煤層的微孔隙結(jié)構(gòu)中。2002 年，張?zhí)卣�，其分布特征如圖 2.1 所示。

圖 2.2 煤體裂隙分類圖結(jié)構(gòu)包括布滿微小孔隙的煤體基質(zhì)和基質(zhì)之間的裂有著足夠大的比表面積，故其具備很強(qiáng)的氣體吸附孔隙間的連通性較差，所以其氣體運(yùn)移能力則很弱遠(yuǎn)小于孔隙系統(tǒng)的比表面積，故其氣體吸附能力較通性較好，所以裂隙系統(tǒng)氣體運(yùn)移能力很強(qiáng)。性能是指氣體能否在煤層內(nèi)流動的性質(zhì)，孔隙系統(tǒng)和裂供了通道，但氣體在煤層內(nèi)流動時(shí)會受到孔隙和裂表征氣體在煤層內(nèi)流動的難易程度，煤體滲透率越氣體流動時(shí)煤體滲透率會受到多種因素影響，比如、煤層內(nèi)氣體壓力、氣體吸附解吸特性、煤層整體其大小主要還是取決于煤體內(nèi)孔隙系統(tǒng)與裂隙系統(tǒng)煤層內(nèi)層理、裂隙等的形狀、數(shù)量以及他們之間的
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2865804