废弃石油井周围煤层内油层气扩散渗流规律研究

发布时间：2020-11-01 16:36

　　 我国有不少煤炭资源与石油资源重叠区,先期开采石油后遗留了大量废弃石油井。来自含油地层的大量油层气沿着废弃石油井向井周围煤层扩散渗流而形成油层气富聚区,从而严重威胁到井周围煤层的安全高效开采。研究揭示废弃石油井周围煤层内油层气扩散渗流规律是对其危害进行科学有效防治的重要基础。本文通过煤体结构与气体运移相关理论的系统分析,得出了煤体微观孔裂隙结构特性以及煤层内油层气赋存与运移特性,认为油层气分别以吸附态与游离态赋存在煤体孔隙与裂隙系统内,并且在孔隙与裂隙系统内的运移方式分别服从菲克定律和达西定律。在石油井内高压驱动下,井内油层气通过渗流进入煤体裂隙系统,随后又通过扩散进入孔隙系统,基于煤体孔隙裂隙二重介质等假设,推导出了煤层中油层气的扩散与渗流方程,结合流动过程煤体渗透率动态演变特征与煤体变形机理,建立了煤层内油层气流动的扩散-渗流耦合模型。通过对双马煤矿煤样和石油井内油层气的实测分析,得到了油层气流动的主要参数,运用COMSOLMultiphysics软件对建立的耦合模型进行数值计算分析,发现流动过程中,石油井周围煤层内油层气压力的增加速度均呈现先加快后减慢特征,油层气压力均随着时间增加而缓慢趋于稳定,并且距离井越近,油层气压力短时间内变化越快,压力也越大。通过改变石油井内油层气的压力,得到了井内油层气压力恒定以及以不同速率线性增加时,油层气影响半径随时间的变化关系。基于模拟结果与马探31号石油井实测结果基本相吻合,对第30年时煤层内油层气流动速度与压力进行模拟,发现随着流动距离增加,油层气流动速度和压力均逐渐减小,得到了第30年时煤层内油层气流动速度与压力随着流动距离的分布关系式。本研究结果为双马煤矿油层气的防治及安全高效采煤提供了理论指导,对类似煤油气共生矿井安全协调开采也具有重要意义。
【学位单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD821
【部分图文】：

技术路线

自身会形成各种各样、大小不一的孔隙[水、气流动的作用下，在成煤后期也会许多学者认为煤体作为煤层内各种气体的孔隙和煤粒基质之间的裂隙组成的双重介裂隙系统都相当发育，都具有相当大的比由 Barenblatt G. I.[42]提出，他认为煤体整煤体基质块，另一部分是用于分割相邻体孔隙-裂隙双重介质结构特性。基质内度及连通性决定了煤层内气体流动的性一系列作用演变而成的，因此成煤作用形，所以成煤作用前植物的原始结构和成煤孔隙结构特性[43]，煤体基质内孔隙的尺被称为微孔隙，煤体的微孔隙结构十分发赋存在煤层的微孔隙结构中。2002 年，张特征，其分布特征如图 2.1 所示。

图 2.2 煤体裂隙分类图结构包括布满微小孔隙的煤体基质和基质之间的裂有着足够大的比表面积，故其具备很强的气体吸附孔隙间的连通性较差，所以其气体运移能力则很弱远小于孔隙系统的比表面积，故其气体吸附能力较通性较好，所以裂隙系统气体运移能力很强。性能是指气体能否在煤层内流动的性质，孔隙系统和裂供了通道，但气体在煤层内流动时会受到孔隙和裂表征气体在煤层内流动的难易程度，煤体渗透率越气体流动时煤体渗透率会受到多种因素影响，比如、煤层内气体压力、气体吸附解吸特性、煤层整体其大小主要还是取决于煤体内孔隙系统与裂隙系统煤层内层理、裂隙等的形状、数量以及他们之间的
【参考文献】

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1 张俭让;张荃;董丁稳;陈伟;;掘进巷道油型气扩散规律数值模拟[J];西安科技大学学报;2015年03期

2 张永利;张乐乐;马玉林;王金铜;;温度作用下煤层瓦斯解吸渗流规律数值模拟[J];防灾减灾工程学报;2014年06期

3 郭平;曹树刚;张遵国;洛锋;刘延保;;煤体吸附膨胀变形模型理论研究[J];岩土力学;2014年12期

4 王登科;魏建平;付启超;刘勇;;基于Klinkenberg效应影响的煤体瓦斯渗流规律及其渗透率计算方法[J];煤炭学报;2014年10期

5 尹光志;李文璞;李铭辉;李星;邓博知;蒋长宝;;加卸载条件下原煤渗透率与有效应力的规律[J];煤炭学报;2014年08期

6 石军太;李相方;徐兵祥;杜希瑶;李彦尊;温声明;张冬玲;;煤层气解吸扩散渗流模型研究进展[J];中国科学:物理学 力学 天文学;2013年12期

7 谢和平;高峰;周宏伟;程红梅;周福宝;;煤与瓦斯共采中煤层增透率理论与模型研究[J];煤炭学报;2013年07期

8 李宏艳;齐庆新;梁冰;彭永伟;邓志刚;李春睿;;煤岩渗透率演化规律及多尺度效应分析[J];岩石力学与工程学报;2010年06期

9 李志强;鲜学福;姜永东;徐龙君;;地球物理场中煤层气渗流控制方程及其数值解[J];岩石力学与工程学报;2009年S1期

10 郭永存;王仲勋;胡坤;;煤层气两相流阶段的热流固耦合渗流数学模型[J];天然气工业;2008年07期

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4 孙维吉;煤渗透和吸附变形规律实验研究[D];辽宁工程技术大学;2011年

5 吴世跃;煤层气与煤层耦合运动理论及其应用的研究[D];东北大学;2006年

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5 牛帅;煤体瓦斯运移多场耦合分析及应用[D];河南理工大学;2015年

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7 秦恒洁;考虑吸附解吸的受载含瓦斯煤渗流规律与气固动态耦合模型研究[D];河南理工大学;2014年

8 张健;子长矿区煤油地质特征及合理开发对策研究[D];西安科技大学;2013年

9 孔庆利;煤层气在双孔介质中解吸及渗流机理研究[D];东北石油大学;2012年

10 王志生;煤层注水渗流特性研究及数值模拟分析[D];安徽理工大学;2011年

本文编号：2865804