低渗透高瓦斯煤层二氧化碳相变致裂增透理论及实验研究

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1、１７１２：１０６１５＾图书分类号：ＴＤ学校代码傳士＿位滄食论文题目低渗透高瓦斯煤层二氧化碳相变致裂增透理论及实验研究工程学科专业地质资源与地质研究方向非常规油气地质研究生姓名ｎ２０１５１１００００１６学号导师姓名张哨楠）（教授刘建军（教授）０１８６月论文完成时间：２年ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＰｅｔｒｏｌｅｕｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＤｏｃｔｏｒａｌＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＡＴＨＥＯＲＥＴＩＣＡＬＡＮＤＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＬＳＴＵＤＹＯＮＣＡＲＢＯＮＤＩＯＸＩＤＥＰＨＡＳＥＴＲＡＮＳ

2、ＩＴＩＯＮＩＮＤＵＣＥＤＦＲＡＣＴＵＲＩＮＧＡＮＤＡＮＴＩＲＥＦＬＥＣＴＩＯＮＩＮＬＯＷ－ＰＥＲＭＥＡＢＩＬＩＴＹＣＯＡＬＳＥＡＭＳＷＩＴＨＧＡＳ－ＲＩＣＨＣａｎｄｉｄａｔｅ：ＬｅｉＹｕｎＳｐｅｃｉａｌｉｔｙ：ＧｅｏｌｏｉｃａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＧｅｏｌｏｉｃａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｇｇｇＳｕｅｒｖｉｓｏｒ：ＺｈａｎＳｈａｏｎａｎＰｒｏｆｅｓｓｏｒＬｉｕＪｉａｎｕｎＰｒｏｆｅｓｓｏｒｐｇ（）ｊ（）Ｊｕｎｅ，２０１８西南石油大学研究生学位论文知识产权声明书及学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关保

3、护知识产权的规定，即：研宄生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西南石油大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文一。同时，本人保证，毕业后结合学位论文研宄课题再撰写的文章律注明作者单位为西南石油大学。本学位论文属于、１保密（在年解密后适用本授权书。２、不保密（＼／）“”（请在以上相应括号内打Ｖ）学位论文作者签名：ｆｔ指导教师签名：孑〇年月厶曰年＜月牙曰０〈＞

4、乂西南石油大学研究生学位论文独创性声明本人声明：所呈交的研宄生学位论文是本人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研宄成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文不包含其他人己经发表或撰写过的研宄成果，也不包含其他人为获得西南石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中。与我作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名以月曰上摘要深部矿井低渗透高瓦斯煤层的煤与瓦斯安全高效共采问题，是制约我国煤炭工业可持续发展主要难题。针对如何解决深部复杂地质条件下低渗透高瓦斯煤层渗透性的科学问题，

5、本文提出了液态二氧化碳相变气爆致裂增透技术。本文采用理论分析、实验研宄、数值模拟和现场工业对比实验相结合的研究方法，建立起较全面的液态二氧化碳相变气爆致裂增透技术理论及其应用体系。主要研宄内容和取得的新认识如下：（１）理论分析了液态二氧化碳相变气爆和致裂增透的机理，解释了相变气爆阶段致裂器储气腔内二氧化碳沸腾膨胀蒸汽爆炸的演化过程；揭示了气爆促使煤体裂隙区形成过程、分区特征、起裂条件和裂隙发育规律；理论推导建立了液态二氧化碳相变气爆煤体的裂隙圈有效半径的计算公式。（２）基于自主设计搭建的物理实验平台，实验研宄了液态二氧化碳点式聚能爆破压力随时间、位置变

6、化的演化特性，实验得出正对爆破口处压力峰值为２４４ＭＰａ，升压＝＝时间约１，．２ｍｓ线性上升段和对数下降段压力时程拟合函数分别为Ｐｇ２０１９４０／和－２２－．５９１ｎ／／＋１５３００ｍｍ、６００ｍｍ〇）．８４同时得出了距离致裂器爆破口和９００ｍｍ处压力峰（；值分别为６０ＭＰａ、２２．４２ＭＰａ２１．３７ＭＰａ，升压时间分别为１５．１３ｍｓ、１５．４２ｍｓ１５．６０ｍｓ。和和随着距爆破口距离的增加，气体压力峰值先是快速降低，之后再缓慢平稳降低，总体呈现二次抛物线形式的变化规律。（３）基于建立的液态二氧化碳致裂器储气腔内沸腾膨胀泄爆过程的物理和

7、数学模型，，对储气腔内相变气爆演化过程进了数值模拟研宄计算分析了压力场、温度场、流场和气液比率的演变规律，研宄了储气腔内压力与相变沸腾耦合作用的流体动力学机理，阐述了储气腔泄爆过程两相流动的特征。（４）数值模拟研宄了不同影响因素时低渗透高瓦斯煤层液态二氧化碳相变气爆致裂增透效果，结果表明当预裂缝长度增加时，气爆致裂影响范围以线性关系：Ｒ＝＋３．２６Ｌ０．４４６趋势增大；气爆致裂影响范围随地应力（ｊ的增加而呈现非线性的指数函＿ａＱ