低渗透煤层煤层气注热开采中注热过程的温度场分析

论文摘要

煤层气注热开采是一项新的课题,对于我国低渗透煤层煤层气的开采有着重要的意义。本文围绕这一新的课题,特别针对在注入蒸汽的过程中,热量在井筒中的传导,在水平管中蒸汽与煤体表面对流换热过程等进行了较为详尽的探讨与研究,得出了相关计算方法,对注热开采相关工艺提出了要求,最后对受热后煤体温度场进行了数值模拟,使理论得到了较好验证。首先,通过对国内外煤层气的开采现状及温度对煤层气吸附解析的影响等相关问题的研究,提出了煤层气注热开采的可行理论依据及方案。然后,通过在非等温条件下对煤层气渗透率及解析量的实验研究,实验结果显示在煤层温度升高的情况下,煤层的渗透率增大,煤层气的渗流量增加,验证了煤层气注热开采的相关理论分析。其次,对煤层气注热开采中,注热过程的井筒传热机理及水平管换热机理进行了详细分析和相关计算。推导出井筒热量损失的计算方法,提出了蒸汽温度在井筒中变化的迭代计算方法,同时提出了减少井筒热损失的有效方法。通过对蒸汽加热煤层时,蒸汽与煤层换热过程的详尽分析,从蒸汽流体和固体煤层两方面分析了注热加热煤层的可行性,得出蒸汽与煤层进行对流换热,同时蒸汽发生凝结相变,煤层吸收大量汽化潜热,使煤层温度显著升高。最后,应用ANSYS计算软件,对煤层受热后的温度梯度变化及温度场进行了数值模拟。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 概述
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 问题的提出
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 煤层气注热开采相关理论及工艺
• 1.5 本文的主要工作及技术路线
• 2 非等温条件下瓦斯吸附解吸的实验研究
• 2.1 实验设备
• 2.2 实验方案及实验步骤
• 2.2.1 实验方案
• 2.2.2 实验步骤
• 2.3 实验数据及结果分析
• 2.3.1 渗透率实验数据及结果分析
• 2.3.2 吸附解吸实验数据及结果分析
• 2.4 实验误差及结论分析
• 2.4.1 误差分析
• 2.4.2 结论分析
• 3 注入蒸汽后井筒温度分析
• 3.1 井筒传热机理及传热模型
• 3.2 井筒热损失的计算
• 3.3 井筒传热过程
• 3.3.1 注入过程中井筒温度的算法
• 3.3.2 减少热损失的方法讨论
• 4 蒸汽加热煤层时温度场分析
• 4.1 煤层气的赋存及温度对煤层气吸附解吸的影响
• 4.1.1 煤层结构
• 4.1.2 煤层气赋存状态
• 4.1.3 温度对煤层气吸附性的影响
• 4.2 煤层加热区域分析
• 4.2.1 煤层与蒸汽换热及煤层传热机理
• 4.2.2 加热区域的算法
• 4.3 蒸汽加热煤层温度场分析
• 5 煤层温度场数值模拟
• 5.1 软件的选择及模型的构建
• 5.1.1 软件的选择
• 5.1.2 模型的构建
• 5.2 边界条件及初始条件的确定
• 5.2.1 边界条件
• 5.2.2 初始条件
• 5.3 结果分析
• 6 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间已发表的与学位论文内容相关的学术论文及科研成果
• 附录