基于三场耦合的煤层气井排采控制理论与应用

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1、博士学位论文基于“三场”耦合的煤层气井排采控制理论与应用DrainageControllingTheoryandApplicationinCoalbedMethaneWellBasedon“Threefields”coupling申请人姓名：张双斌指导教师：苏现波教授专业名称：矿业工程研究方向：煤层气地质与勘探开发河南理工大学能源科学与工程学院二O一四年六月中图分类号：P618.11密级：公开UDC：622单位代码：10460基于“三场”耦合的煤层气井排采控制理论与应用DrainageControllingTheoryandApplicationinCoalbedMethan

2、eWellBasedon“Threefields”coupling申请人姓名张双斌申请学位工学博士学科专业矿业工程研究方向煤层气地质与勘探开发导师苏现波职称教授提交日期2014.04答辩日期2014.06河南理工大学河南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文：基于“三场”耦合的煤层气井排采控制理论与应用，是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。本人愿意承担因本学位论文引发的一切相关

3、责任。学位论文作者签名:年月日河南理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及导师完全了解河南理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留和向有关部门、机构或单位送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，允许将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，允许采用任何方式公布论文内容，并可以采用影印、缩印、扫描或其他手段保存、汇编、出版本学位论文。保密的学位论文在解密后适用本授权。学位论文作者签名：导师签名：年月日年月日致谢首先感谢导师苏现波教授对我的悉心指导和教诲，自入学以来，导师渊博的学识、严谨求实的治学作风、务实创新的科研态度和独到的见解，深

4、深影响着我，激励着我不断学习和探索。从论文选题到定稿无不倾注着导师的心血，在实验、理论分析和数值模拟过程中，导师的指点使我能够抓住问题的关键，从而顺利完成论文的写作。在此向导师表示衷心的感谢和崇高的敬意。在课题研究和论文撰写过程中，郭红玉副教授、林晓英副教授、宋金星副教授、蔺海晓博士、刘晓博士和李贤忠博士给予了大力帮助、提出了中肯建议，在此向他们表示由衷的感谢。感谢周英教授、勾攀峰教授、李化敏教授、郭文兵教授、孙玉宁教授、翟新献教授、尤明庆教授在论文选题中提出的宝贵意见和建议。感谢张小东教授、倪小明副教授对我学习上的关心和帮助。感谢中国石油大学（华东）石油工程学院战永平老师和

5、曲冠政博士在水力压裂裂缝导流能力实验中给予的无私帮助和支持。在完成学业的过程中，得到了杨志龙、冯文军、张跃铮、王鹏和马俊强等同学无私的帮助，在此也对他们表示感谢。在论文写作过程中，本学科前辈与同行们的研究成果给予我深深的启迪和有益的指导，尤其是本文中引用的学术论著和研究成果，在此向他们表示最衷心的感谢。感谢家人全方位的支持和帮助。特别是妻子魏亚青女士在独自承担了家庭重担的同时，给予我生活上关怀，精神上支持，使我有充足的时间和精力完成学业。儿子魏子轲的乖巧使我少了很多牵绊，带给我更多的希望和期待，真心的感谢你们。最后，衷心感谢各位专家在百忙之中评阅拙作，由于作者水平有限，文中欠

6、缺之处，敬请指导。张双斌2014年03月31日摘要我国地面煤层气开发经过了30多年的发展，在地质评价、钻井完井、水力压裂等方面基本建立了与地质条件相适应的开发理论与技术体系，而排采控制优化，特别是排采过程中的压力场、应力场、裂隙场耦合关系及其对煤层气井产能的控制机理仍需深入研究。本文通过理论分析，建立了基于水力压裂施工曲线获取水力裂缝几何尺寸和导流能力的计算模型，并在此基础上构建了煤储层的“基质孔隙—天然裂隙—水力裂缝”三元孔隙几何模型；以排采过程中煤层的“压力场—应力场—裂隙场”的耦合关系为基础，建立了由动态渗透率模型、煤体变形控制方程、煤层气和水的流动控制方程构成的基于三

7、场耦合的煤层气排采控制数理模型。通过室内实验，测试煤芯渗透率和启动压力梯度以及水力裂缝导流能力，揭示了煤层气、水在煤层天然裂隙中的低速非线性渗流和水力裂缝中的线性渗流机理，完善了煤层气解吸、扩散、渗流的运移产出理论；查明了排采过程中应力敏感和速敏对水力裂缝导流能力伤害与控制机理。应用ComsolMultiphysics多物理耦合软件，建立了基于三场耦合的煤层气井排采控制数值模型，通过模拟结果与沁水盆地潘庄和柿庄南的现场排采资料对比分析，印证了该理论模型的正确性。在此基础上，给出了基于三场耦合排采控制理论