本文關(guān)鍵詞：頁(yè)巖儲(chǔ)層滲流—應(yīng)力耦合模型及應(yīng)用，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：頁(yè)巖氣是一種重要的非常規(guī)天然氣資源,正在改變世界能源、經(jīng)濟(jì)和政治格局。目前,頁(yè)巖氣的開(kāi)采已受到我國(guó)政府的高度重視。而頁(yè)巖氣在頁(yè)巖儲(chǔ)層中的運(yùn)移規(guī)律、頁(yè)巖氣產(chǎn)量的影響因素分析和注氣開(kāi)采頁(yè)巖氣機(jī)理等方面的研究尚不成熟,這極大地限制了我國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展。本文針對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層的結(jié)構(gòu)特性,綜合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬等方法,研究了煤系頁(yè)巖的滲流特性和頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中的滲流-應(yīng)力耦合作用,取得了以下主要進(jìn)展和結(jié)論:(1)通過(guò)煤系頁(yè)巖的滲透率試驗(yàn),得到了煤系頁(yè)巖完整巖樣和裂隙巖樣的滲透特性。當(dāng)孔隙壓力不變時(shí),煤系頁(yè)巖完整巖樣和裂隙巖樣的滲透率均隨著圍壓的增大而降低,符合指數(shù)函數(shù)關(guān)系,其變化規(guī)律大致分為兩個(gè)階段:急劇下降階段和緩慢下降階段;大部分裂隙巖樣的滲透率比完整巖樣的滲透率大3個(gè)數(shù)量級(jí);滲透率對(duì)圍壓的敏感性高于對(duì)孔隙壓力的敏感性。(2)分別建立了頁(yè)巖儲(chǔ)層中裂隙和基質(zhì)的有效應(yīng)力-滲透率模型和有效應(yīng)力-孔隙度模型,并利用煤系頁(yè)巖的裂隙滲透率數(shù)據(jù)驗(yàn)證了裂隙的有效應(yīng)力-滲透率模型的有效性�；诙嗫捉橘|(zhì)彈性理論,分別建立了頁(yè)巖儲(chǔ)層在單軸應(yīng)變條件下及常體積條件下的孔隙度模型和滲透率模型,并利用現(xiàn)場(chǎng)滲透率數(shù)據(jù)驗(yàn)證了單軸應(yīng)變條件下滲透率模型的有效性。在此基礎(chǔ)上,基于有效應(yīng)力原理和氣體流動(dòng)的質(zhì)量守恒定律,分別推導(dǎo)了頁(yè)巖儲(chǔ)層變形的應(yīng)力場(chǎng)控制方程以及裂隙和基質(zhì)中氣體流動(dòng)控制方程。(3)基于頁(yè)巖儲(chǔ)層變形的應(yīng)力場(chǎng)控制方程以及裂隙和基質(zhì)中氣體流動(dòng)控制方程,利用COMSOL Multiphysics軟件,分析了儲(chǔ)層埋深、基質(zhì)滲透率、裂隙滲透率、裂隙張開(kāi)度、裂隙法向剛度和裂隙間距等因素對(duì)頁(yè)巖氣采收率的影響。在整個(gè)開(kāi)采周期內(nèi),裂隙張開(kāi)度對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層的累計(jì)產(chǎn)氣量影響最大,裂隙法向剛度、裂隙滲透率、裂隙間距、儲(chǔ)層埋深和基質(zhì)滲透率對(duì)累計(jì)產(chǎn)氣量的影響依次減小。頁(yè)巖儲(chǔ)層的累計(jì)產(chǎn)氣量并非僅由裂隙發(fā)育程度決定。(4)推導(dǎo)了注氣增透(CO2/N2-ESGR)過(guò)程雙重孔隙介質(zhì)基質(zhì)和裂隙的孔隙度和滲透率模型,建立了CH4和CO2在基質(zhì)和裂隙系統(tǒng)中的滲流和擴(kuò)散方程,以及CO2/N2-ESGR過(guò)程中頁(yè)巖儲(chǔ)層的變形控制方程。將建立的雙重介質(zhì)模型應(yīng)用于注氣開(kāi)采的數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明,注CO2和N2能有效提高頁(yè)巖氣的采收率,注CO2會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)氣速率反彈現(xiàn)象,而注N2不會(huì)。(5)利用COMSOL Multiphysics軟件,分析了努森修正系數(shù)和非達(dá)西效應(yīng)對(duì)頁(yè)巖氣采收率計(jì)算值的影響。模擬結(jié)果表明,考慮和不考慮努森修正系數(shù),對(duì)應(yīng)裂隙滲透率為10-15 m2和10-16 m2的頁(yè)巖儲(chǔ)層整個(gè)開(kāi)采周期內(nèi)的累計(jì)產(chǎn)氣量計(jì)算值分別偏差23%和40%;考慮和不考慮非達(dá)西效應(yīng),累計(jì)產(chǎn)氣量則偏差2.4%和0.2%。裂隙滲透率越小,努森修正系數(shù)影響計(jì)算的程度越大,非達(dá)西效應(yīng)則相反。為了使計(jì)算更接近于實(shí)際,對(duì)雙重介質(zhì)模型的努森修正比非達(dá)西效應(yīng)修正更有必要。
【關(guān)鍵詞】：頁(yè)巖儲(chǔ)層 雙重孔隙介質(zhì) 裂隙滲透率 滲流-應(yīng)力耦合 CO2/N2-ESGR
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TE31
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-9
• Extended Abstract9-25
• 變量注釋表25-26
• 1 緒論26-47
• 1.1 研究背景及意義26-29
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀29-45
• 1.3 研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線45-47
• 2 煤系頁(yè)巖儲(chǔ)層滲透率試驗(yàn)研究47-62
• 2.1 引言47
• 2.2 試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)原理47-50
• 2.3 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)方案50-52
• 2.4 完整巖樣滲透率52-57
• 2.5 裂隙巖樣滲透率57-61
• 2.6 本章小結(jié)61-62
• 3 頁(yè)巖儲(chǔ)層滲流-應(yīng)力耦合雙重介質(zhì)模型62-85
• 3.1 引言62
• 3.2 雙重介質(zhì)模型及基本假設(shè)62-64
• 3.3 雙重介質(zhì)滲流控制方程64-66
• 3.4 孔隙度和滲透率參量模型66-74
• 3.5 裂隙滲透率模型的驗(yàn)證74-80
• 3.6 雙重介質(zhì)參量控制耦合方程80-83
• 3.7 本章小結(jié)83-85
• 4 頁(yè)巖儲(chǔ)層雙重介質(zhì)模型多因素影響規(guī)律85-121
• 4.1 引言85
• 4.2 COMSOL Multiphysics軟件介紹85-86
• 4.3 數(shù)值模型的建立及模擬方案86-89
• 4.4 儲(chǔ)層埋深的影響89-94
• 4.5 基質(zhì)滲透率和裂隙滲透率的影響94-104
• 4.6 裂隙張開(kāi)度和法向剛度的影響104-113
• 4.7 裂隙間距的影響113-119
• 4.8 本章小結(jié)119-121
• 5 注氣開(kāi)采頁(yè)巖氣雙重介質(zhì)模型及應(yīng)用121-144
• 5.1 引言121
• 5.2 驅(qū)替吸附下的孔隙度和滲透率模型121-124
• 5.3 注氣開(kāi)采的雙重介質(zhì)模型124-130
• 5.4 數(shù)值模擬和模擬方案130-132
• 5.5 注氣開(kāi)采對(duì)頁(yè)巖氣產(chǎn)量的影響132-134
• 5.6 頁(yè)巖儲(chǔ)層中氣體壓力和組分的變化規(guī)律134-141
• 5.7 注氣開(kāi)采對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層滲透率的影響141-143
• 5.8 本章小結(jié)143-144
• 6 考慮滑脫效應(yīng)和非達(dá)西效應(yīng)的模型修正144-163
• 6.1 引言144
• 6.2 考慮滑脫效應(yīng)的視滲透率模型144-147
• 6.3 非達(dá)西流動(dòng)和非達(dá)西因子147-148
• 6.4 數(shù)值模擬方案驗(yàn)證148-152
• 6.5 努森修正系數(shù)的影響152-158
• 6.6 非達(dá)西效應(yīng)的影響158-161
• 6.7 本章小結(jié)161-163
• 7 主要結(jié)論163-166
• 參考文獻(xiàn)166-182
• 作者簡(jiǎn)歷182-184
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集184

  本文關(guān)鍵詞：頁(yè)巖儲(chǔ)層滲流—應(yīng)力耦合模型及應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：310615