水力裂缝内支撑剂多孔介质导流能力的影响机制

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhoupeng4348
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
支撑剂充填裂缝的导流能力是影响煤层气井产能的关键因素之一。研究水力裂缝内支撑剂多孔介质导流能力的影响机制能够更好地了解支撑剂充填裂缝的导流能力演变,进而更好地预测煤层气的产量。本文采用理论分析、物理实验、数学建模、程序开发和数值计算相结合的方法对水力裂缝内支撑剂多孔介质导流能力的影响机制进行了研究。主要成果如下:不同压实状态下的支撑剂颗粒所形成的多孔介质空隙率会有差异,支撑裂缝多孔介质的导流能力与支撑裂缝的空隙率相关。空隙率与颗粒运动、颗粒间的接触关系以及空隙间的连通程度等有关。受来自支撑裂缝上部闭合应力的影响,支撑剂颗粒在裂缝内发生运动,支撑剂颗粒与颗粒相互挤压,支撑剂颗粒间的接触力普遍增加,支撑剂颗粒间的空隙被封闭/打开,颗粒的配位数普遍增加,骨架结构被压实,颗粒体的空隙率降低。采用裂缝内流体流动实验系统开展了不同裂缝宽度以及不同支撑剂粒径下裂缝导流能力变化实验研究。水力裂缝内支撑剂多孔介质导流能力实验研究结果表明:初始裂缝宽度相同,随闭合应力增加,裂缝导流能力呈先增加再持续降低的趋势,这是由于受闭合应力影响,支撑剂颗粒所形成的多孔介质结构呈差异化,支撑裂缝导流能力也随之变化,而支撑裂缝多孔介质结构越优,流体越容易通过,裂缝导流能力也越好;相同初始裂缝宽度和闭合应力条件下,支撑剂的粒径越大,裂缝的导流能力越好;相同闭合应力和支撑剂粒径条件下,初始缝宽越大,裂缝的导流能力也越好。在相同的闭合应力条件下,力由顶层(应力传递区)传递到中层,部分顶层颗粒进入中层,中层(应力承受区)形成了坚固的力承受结构,支撑剂颗粒更致密,颗粒配位数增加,中层空隙率最小,应力承受区内的支撑剂颗粒向该裂缝底部传递力的能力比较弱,导致底层(应力衰减区)的支撑剂承受的应力骤然减少,支撑剂颗粒间力链接触比较弱,空隙率最大。在相同的闭合压力条件下,顶层和底层支撑剂颗粒所承受的总压缩力是中层的0.607倍~0.695倍,配位数是中层的0.760倍~0.905倍,空隙率为中层的2.93倍~4.61倍。此外,随着闭合应力的增加,三层支撑剂颗粒所承受的总压缩力和配位数不断增大,而空隙率逐渐减小。流体压力值自流体入口至出口呈线性递减趋势,流体压力值沿重力方向变化极小,因为流体主要受入口及出口间压力差驱动,进而在支撑剂多孔介质内沿压力差驱动方向流动,其次在支撑剂多孔介质内沿重力方向流动,因此,流体沿压力差驱动方向的分速度普遍大于沿重力作用方向的分速度。在相同入口流速下,受支撑剂多孔介质通道结构影响,支撑剂多孔介质通道截面积的平均等效孔径值越大,流体压力越大,流体流速越小,流体流线时间越长,支撑剂多孔介质通道为最优多孔介质通道,能够容纳更多流体,支撑剂多孔介质导流能力最好,流体更容易在此条件下排出。
其他文献
赤铁矿(α-Fe2O3)具有理论电容高、储量丰富、负电位电位窗口稳定等特点。长期以来,人们一直在探索将纳米结构的Fe2O3与各种导电基材相结合的研究,通过将各种Fe2O3纳米结构与不同的导电基材相结合来提高性能。然而,由于这些Fe2O3电极的比电容较低(120-300 F·g-1),且在导电基材上的粘附稳定性较低,使得其性能离实际应用还很远。此外,纳米结构的Fe2O3在导电基板上的质量负载相当低(
目前,如何更加高效安全的开采煤层气依旧是学术研究的热点之一。针对我国绝大多数高瓦斯和突出矿井煤层都属于低渗透煤层,以及我国是世界二氧化碳排放大国等问题,研究团队提出了采用超临界二氧化碳开采煤层气的研究思路。然而,用超临界二氧化碳开采煤层气的方法虽然可以安全高效的开采煤层气,但超临界二氧化碳注入煤层后也会对煤层的力学性质产生影响,进而影响煤层的稳定性引起煤层垮塌,对煤层气的生产同样也会带来不良影响。
随着我国经济的快速发展,我国的能源消耗量日益增加,导致一系列能源短缺和环境污染的问题。为响应国家发展“低碳经济”的号召,新能源的利用显得尤为重要。天然气水合物作为一种新能源,成为各国学者研究的热点。煤层气是一种非常规天然气,其储量丰富,但由于技术的限制,煤层气中的甲烷没有得到合理利用,造成资源大量浪费。采用水合物法分离气体可以提高煤层气的利用率,且相对传统的气体分离方法有独特的优势。四丁基溴化铵(
随着经济社会的迅速发展,我国煤炭的消费与产量在不断增加,相关统计结果表明,目前煤炭在我国一次能源消费中的占比达到76%。伴随而来的问题也有很多,大量的煤炭自燃现象严重制约了中国许多高产高效矿井的发展,造成了资源的大量浪费与环境污染。本文进行了特厚煤层工作面自燃火灾综合治理技术研究,在研究过程中选择金庄煤业石炭纪特厚煤层为案例,具体分析了其大采高综放面开采的现状,且研究了这种煤层的自燃火灾综合治理相
煤层气作为一种非常规天然气,对其进行的广泛开采与利用对促进我国产业发展以及改变能源结构有重要意义。研究煤结构与甲烷以及二氧化碳分子间的相互作用机理,对了解煤层气的分布特征具有重要意义。但以宏观的实验手段难以在分子层面解析吸附机理,因此本文在微观角度构建煤结构模型,基于分子模拟技术,探究吸附过程中,煤大分子结构对CH4以及CO2气体分子的吸附作用机理。本文选取阳泉矿区新景矿3#煤层中的无烟煤(Yan
煤层气是一种重要的非常规天然气资源,由于其储层渗透性比常规天然气低,且煤层存在一定程度的倾斜,通常采用压裂技术对储层进行增渗改造处理,针对我国煤层气存在的低渗难开采问题,有人提出采用间接压裂技术开采煤层气,但是间接压裂技术尚未成熟,水力裂缝的穿层扩展情况尚不明确,若水力裂缝沿着天然裂隙的方向延伸,压裂液进入煤岩交界面,会影响煤岩层的稳定性,因此研究间接压裂开采煤层气工程中煤岩界面稳定性具有十分重要
煤气化技术是煤炭高效清洁利用的核心技术之一,废热锅炉工艺是煤气化装置中实现高温合成气显热回收的主要手段。高温合成气携带的大量灰渣颗粒容易造成废热锅炉内积灰和结渣,严重时会造成气化系统堵渣停车事故,因此亟需开发高温环境下可实时准确测量废热锅炉内灰渣沉积厚度的监测技术。基于此,本文创新性地提出基于共面电容原理的灰渣沉积厚度监测方式,通过理论分析、数值模拟和实验测试相结合,对灰污沉积于环型共面电容的电场
针对我国煤层气赋存煤层的“高吸附、低渗透”特点造成常规开采产气量小、产气速度慢的工程现象,太原理工大学提出一种全新的强化煤层气开采的方法——注热蒸汽强化开采煤层气方法,该方法通过向煤层中注入蒸汽来加热煤层,促进吸附甲烷气体的解吸和改变煤层渗透特性,从而增加产气速度和产气量。在该方法中,对于蒸汽的运移和温度场的变化情况的研究非常重要。煤层温度场的变化主要是由于热传导和对流换热造成的,但考虑两者的分析
范畴是思维的成果,也是人们认识世界的重要工具,范畴的建立与推演构成了人们认识世界的图景。每个学科都有自身的范畴体系,体系内各范畴间的关联推演推动了学科理论的原始创新。范畴体系规定了一个学科认识世界的价值取向和基本方式。目前公安学的快速发展已经到了迫切需要构建自身范畴体系的阶段,它不仅是深化学科基础研究的阶段性任务,也是推动学科理论体系形成、展开与其他学科对话的重要前提。从马克思主义认识论和实践观出
随着工业化的快速发展,国家在航天、船舶、军工、电子等方面都得到了大力的发展。但是发展都离不开基础电力,火力发电是国家的基石,在消耗煤炭资源的同时不免造成固体废弃物,比如粉煤灰,如果不加利用会产生二次污染(主要包括土地、空气等),成为当下日趋严峻的问题[1-4]。越来越多的资源和环境问题促使了工业可持续发展的转型。充分利用工业副产物,不仅可以使原料和能源消耗最小化,也可最大限度减少对环境的影响,提高