本文選題：構造煤　切入點：煤層氣　出處：《太原理工大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：構造煤發(fā)育區(qū)是指煤層的煤體類型以構造煤為主。構造煤的形成主要是由于煤體遭受不同程度構造應力的作用，從而產(chǎn)生一定程度的變形、破壞等，導致其內(nèi)部結構，力學性質(zhì)，甚至化學組分都發(fā)生改變。構造煤的分類按其結構特性可以分為脆性變形煤、脆韌性過渡型變形煤和韌性變形煤。由于構造煤的結構特性，導致其內(nèi)部微孔隙極其發(fā)育，為煤層氣的儲集提供了有利條件，使構造煤發(fā)育區(qū)一般都是煤與瓦斯突出的重災區(qū)。另一方面煤層氣是一種清潔能源，可以緩解能源緊張的現(xiàn)狀，而且煤層氣還是一種溫室氣體，對臭氧層的破壞比較嚴重，如果將其直接排放到空氣中會造成嚴重的空氣污染。所以對煤層氣的開發(fā)利用對于礦井安全生產(chǎn)、緩解能源緊張和保護環(huán)境具有一舉多得的作用。但是目前我國煤層氣的開發(fā)工業(yè)化生產(chǎn)程度低，主要原因是煤體的滲透性低，煤層氣的產(chǎn)出效率和產(chǎn)量較低。尤其是構造煤發(fā)育區(qū)的煤層都具有高儲低透的特點，所以提高煤層滲透率，進而提高煤層氣的抽采效率，增加煤層氣的產(chǎn)量就成了現(xiàn)今煤層氣開發(fā)急需解決的問題。鑒于以上問題本文主要做了如下工作： (1)通過對不同類型構造煤(碎裂煤、碎粒煤、鱗片煤和糜棱煤)進行壓汞試驗，得到不同煤樣的壓汞曲線，并利用壓汞曲線分析不同類型構造煤的孔隙結構和孔隙率，得到四種煤樣的孔隙率大小由大到小依次為：糜棱煤鱗片煤碎粒煤碎裂煤。通過Kozenny-Carman公式，推算不同類型構造煤的滲透率，通過計算發(fā)現(xiàn)四種煤樣的滲透率大小從大到小依次為：糜棱煤鱗片煤碎粒煤碎裂煤，與實際有較大出入，本文認為，主要原因是本方程沒有考慮構造煤的結構特性，即真正直接決定煤的滲透率大小的因素為煤層裂隙系統(tǒng)的發(fā)育程度，而本方程只考慮了煤體的孔隙結構，并沒有考慮煤體的割理裂隙系統(tǒng)。 (2)利用CT掃描技術，本文分別對原生結構煤、碎裂煤和糜棱煤進行了CT掃描，，得到不同結構類型塊狀煤樣的裂隙空間分布情況和內(nèi)部結構圖。通過結果可以發(fā)現(xiàn)三種煤樣中，原生結構煤的裂隙分布規(guī)則，面割理和端割理幾乎呈正交分布，但是內(nèi)部裂隙的寬度較小，導致其溝通性差；碎裂煤的裂隙系統(tǒng)可見張裂隙和內(nèi)生裂隙，其中內(nèi)生裂隙多被充填，張裂隙裂隙寬度大，且裂隙寬度有明顯變化；糜棱煤的原生結構遭受破壞最嚴重，煤體內(nèi)部裂隙分布較少，裂隙寬度小，煤巖有揉皺變形。所以三種煤樣的滲透性從小到大排列為：糜棱煤原生結構煤碎裂煤。 (3)利用自主研制的煤體吸附、解吸成套裝置，對不同結構類型塊狀煤樣進行了吸附解吸試驗，得到不同煤樣的等溫吸附曲線和等溫解吸曲線，并分析各個煤樣的吸附解吸規(guī)律，及其不同結構特征造成的不同類型煤的吸附解吸差異。通過對比現(xiàn)場不同結構類型煤層的煤層氣排采曲線提出了該試驗對煤層氣開采的指導意義：以原生結構煤為主的煤儲層并不利于煤層氣開發(fā)；糜棱煤區(qū)域的煤層氣開發(fā)尚需找到更合理的開采手段和技術；以碎裂煤和鱗片煤為主的煤儲層，含氣量高，裂隙系統(tǒng)溝通性好，十分利于煤層氣開發(fā)。 (4)通過建立數(shù)學耦合模型，利用COMSOL Multiphysics商業(yè)數(shù)值模擬軟件，分別對井下鉆孔抽采煤層氣、地面抽采煤層氣和注熱水開采煤層氣三種開采方法進行模擬并對模擬結果進行分析比較。通過模擬發(fā)現(xiàn)：井下鉆孔抽采瓦斯由于應力集中現(xiàn)象，在鉆孔附近形成壓實區(qū)，對煤層的滲透具有負面影響，阻礙了煤層氣的滲流，對煤層氣的高效抽采造成不利影響；水力壓裂開采煤層氣的方法在抽采后期，該方法的抽采效率會逐漸降低，同樣不能夠高效的開采煤層氣；注熱水抽采煤層氣，通過向煤層注高溫高壓熱水，提高煤層溫度，促進煤層氣解吸，并提高了煤層的滲透率，促進了煤層氣的滲流適用于高儲低滲的構造煤發(fā)育區(qū)的煤層氣開采。
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【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE37;P618.13

【參考文獻】

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本文編號：1632667