不同类型构造煤储气特征及采气优选方案分析

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1、声明尸明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：壁垒色13．-期：塑!互：臣：!f关于学位论文使用权的说明本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括j①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其他复制手段复制并保存学位论文；③学校可以允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠

2、送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵照此规定)。日期：日期：劫15、易．ff太原理工大学硕士研究生学位论文不同类型构造煤储气特征及采气优选方案分析摘要构造煤发育区是指煤层的煤体类型以构造煤为主。构造煤的形成主要是由于煤体遭受不同程度构造应力的作用，从而产生一定程度的变形、破坏等，导致其内部结构，力学性质，甚至化学组分都发生改变。构造煤的分类按其结构特性可以分为脆性变形煤、脆韧性过渡型变形煤和韧性变形煤。由于构造煤的结构特性，导致其内部微孔隙极其发育，为煤层气的储集提供了有利条件，使构造煤发育区一般都是煤与瓦斯突出的重灾区。另一方面煤层

3、气是一种清洁能源，可以缓解能源紧张的现状，而且煤层气还是一种温室气体，对臭氧层的破坏比较严重，如果将其直接排放到空气中会造成严重的空气污染。所以对煤层气的开发利用对于矿井安全生产、缓解能源紧张和保护环境具有一举多得的作用。但是目前我国煤层气的开发工业化生产程度低，主要原因是煤体的渗透性低，煤层气的产出效率和产量较低。尤其是构造煤发育区的煤层都具有高储低透的特点，所以提高煤层渗透率，进而提高煤层气的抽采效率，增加煤层气的产量就成了现今煤层气开发急需解决的问题。鉴于以上问题本文主要做了如下工作：(1)通过对不同类型构造煤(碎裂煤、碎粒煤、鳞片煤和糜棱煤)进行压汞试验，得到不同煤样的

4、压汞曲线，并利用压汞曲线分析不同类型构造煤的孔隙结构和孔隙率，得到四种煤样的孔隙率大小由大到小依次为：糜棱煤>鳞片煤>碎粒煤>碎裂煤。通过Kozenny．Carman公式，推算不同类型构造煤T太原理工大学硕士研究生学位论文的渗透率，通过计算发现四种煤样的渗透率大小从大N4,依次为：糜棱煤>鳞片煤>碎粒煤>碎裂煤，与实际有较大出入，本文认为，主要原因是本方程没有考虑构造煤的结构特性，即真正直接决定煤的渗透率大小的因素为煤层裂隙系统的发育程度，而本方程只考虑了煤体的孔隙结构，并没有考虑煤体的割理裂隙系统。(2)禾lJ用CT扫描技术，本文分别对原生结构煤、碎裂煤和糜棱煤进行了CT扫描

5、，得到不同结构类型块状煤样的裂隙空间分布情况和内部结构图。通过结果可以发现三种煤样中，原生结构煤的裂隙分布规则，面割理和端割理几乎呈正交分布，但是内部裂隙的宽度较小，导致其沟通性差；碎裂煤的裂隙系统可见张裂隙和内生裂隙，其中内生裂隙多被充填，张裂隙裂隙宽度大，且裂隙宽度有明显变化；糜棱煤的原生结构遭受破坏最严重，煤体内部裂隙分布较少，裂隙宽度小，煤岩有揉皱变形。所以三种煤样的渗透性从d,N大排列为：糜棱煤<原生结构煤<碎裂煤。(3)利用自主研制的煤体吸附、解吸成套装置，对不同结构类型块状煤样进行了吸附解吸试验，得到不同煤样的等温吸附曲线和等温解吸曲线，并分析各个煤样的吸附解吸规

6、律，及其不同结构特征造成的不同类型煤的吸附解吸差异。通过对比现场不同结构类型煤层的煤层气排采曲线提出了该试验对煤层气开采的指导意义：以原生结构煤为主的煤储层并不利于煤层气开发；糜棱煤区域的煤层气开发尚需找到更合理的开采手段和技术；以碎裂煤和鳞片煤为主的煤储层，含气量高，裂隙系统沟通性好，十分利于煤层气开发。(4)通过建立数学耦合模型，利用COMSOLMultiphysics商业数值模拟TT太原理工大学硕士研究生学位论文软件，分别对井下钻孔抽采煤层气、地面抽采煤层气和注热水开采煤层气三种开采方法进行模拟并对模拟结果进行分析比较。通过模拟发现：井下钻孔抽采瓦斯由于应力集中现象，在钻

7、孔附近形成压实区，对煤层的渗透具有负面影响，阻碍了煤层气的渗流，对煤层气的高效抽采造成不利影响；水力压裂开采煤层气的方法在抽采后期，该方法的抽采效率会逐渐降低，同样不能够高效的开采煤层气；注热水抽采煤层气，通过向煤层注高温高压热水，提高煤层温度，促进煤层气解吸，并提高了煤层的渗透率，促进了煤层气的渗流适用于高储低渗的构造煤发育区的煤层气开采。关键字：构造煤；煤层气；压汞；CT扫描：吸附解吸；COMSOLMultiphysicsIII太原理工大学硕士研究生学位论文IV太原理工大学硕士研究生学位