【摘 要】
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我国的废弃矿井具有数目多、采空区区域大、井下遗留煤炭多等特点,这些废弃的煤矿中富集着大量具有开发利用价值的瓦斯。废弃矿井瓦斯的开发拥有安全、经济、环境和社会多重效益。但由于废弃矿井受天然裂缝及人工挖掘的影响,废矿储层在三维地质模型、含气量、渗透率等多方面的非均质性较常规煤层气储层强,同时,废弃矿井内瓦斯在各个区域内的赋存状态及抽采状态下的运移规律也较为复杂,极大地增加了合适钻井位置选择的难度。鉴于
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我国的废弃矿井具有数目多、采空区区域大、井下遗留煤炭多等特点,这些废弃的煤矿中富集着大量具有开发利用价值的瓦斯。废弃矿井瓦斯的开发拥有安全、经济、环境和社会多重效益。但由于废弃矿井受天然裂缝及人工挖掘的影响,废矿储层在三维地质模型、含气量、渗透率等多方面的非均质性较常规煤层气储层强,同时,废弃矿井内瓦斯在各个区域内的赋存状态及抽采状态下的运移规律也较为复杂,极大地增加了合适钻井位置选择的难度。鉴于现场进行废弃矿井瓦斯地面钻井抽采时大多依靠经验来选取井位,本篇论文将通过研究废弃矿井的储层特征、瓦斯运移规律及孔隙度、渗透率非均质性分布与计算模型,掌握废矿瓦斯抽采的影响规律,进行废矿瓦斯抽采数值模拟,通过案例验证其可行性后,分析三维流场分布,然后设置一系列案例模拟优选井位,给出某废弃矿井井位布置的优化井位建议及增加井位建议,并对影响产气量的部分参数进行敏感性分析。本文的主要研究内容如下:(1)调研裂隙尺度在储层横纵方向上的分布及划分依据,分析采动裂隙场演化规律,研究不同分带分区裂隙发育的特征及影响因素,定性定量分析废矿储层孔隙度、渗透率的变化规律。(2)调研废矿瓦斯赋存状态、运移特征,研究瓦斯从废矿到井筒经历的流态变化,建立合适的流体流动数学模型,描述瓦斯解吸、扩散及渗流过程。(3)建立废矿储层三维地质模型,运用COMSOL进行数值模拟,通过案例验证其可行性后,设计优化及添加井位案例进行模拟,并给出某废矿井位优化建议。(4)通过敏感性分析得出对于同一储层,横向上井位于未采区时,抽采效率明显低下,井位于侧向裂隙区和重新压实区的裂隙带内时,抽采状况较好,井位于“O”型圈裂隙区内时,产气量最高,储层压力下降最快;纵向上井位于被压实的采空区时,产气量低,冒落带较好,井位于裂隙带内时,产气量最高;井底抽采压力对瓦斯产量的影响程度较小,瓦斯产量随井底抽采压力的增大而减小。(5)除理论分析和数值模拟外,本篇论文结合优化算法探索井位自动优化数值模拟方法,找到局部井位自动优化方法并开发出相关APP,为实现废弃矿井瓦斯抽采井位优选,提高废弃矿井瓦斯抽采效率提供一定的理论指导与技术支撑。
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