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煤层气热力开采的气水两相流动机理研究

王建美

太原理工大学

摘要：煤层气作为与煤伴生、共生的气体资源,以其清洁、热值高、开发利用前景广阔的特点,已经成为非常规天然气勘探开发的重点。我国煤层气形成的地质条件和赋存环境条件复杂,其开发受到地应力、含压地下水及温度等多场耦合作用。本文以煤层气热力开采为背景,采用实验与模拟相结合的方法,对煤体常温及高温应力作用下气水两相渗流规律做了研究,本文的主要研究内容及结果如下:1)从煤层气产出机理出发,分析了煤层气的开采是气体“解吸-扩散-渗流”的运动过程。根据汽化和凝聚的动力学平衡原理、Fick定律、Darcy定律,得到了煤层气气水两相渗流模拟的数值模型。在一般的求解过程中,根据不同情况对毛细管力及重力进行分析,得到了简化的渗流微分方程。2)采用自行研制的气水两相高精度渗透系统,进行了大量非稳态气水两相渗流实验,结果表明:非稳态全过程包含三个阶段,即水渗流阶段、气水混合阶段、含束缚水的气体渗流阶段,并得到了各阶段的渗流特性。煤体含水饱和度降低到0.5以下会发生“突变”,随后含水饱和度急剧减小,只存在气体渗流区域,该饱和度的变化可对产气进行预测。3)进行了不同应力条件下的单相渗流及非稳态两相渗流实验,结果表明:在同一轴... 更多

关键词：

煤层气; 气水两相; 应力; 温度; 流动界面; 实验研究; 数值模拟;