低渗透煤层瓦斯强化抽采理论及应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.1.1 瓦斯的形成 1

1.1.2 瓦斯的基本特征 2

1.2 中国煤层气资源概况 3

1.2.1 中国煤层气分布及储层特征 3

1.2.2 中国煤层气的开采利用现状 6

1.2.3 煤矿瓦斯抽放现状及存在的问题 7

1.2.4 煤层气强化抽放的方法分析 8

1.3 国外煤层气资源概况及优势资源开发现状 11

1.3.1 美国煤层气的开发利用 11

1.3.2 独联体煤层气的开发利用 13

1.3.3 英国煤层气的开发利用 18

1.3.4 德国煤层气的开发利用 20

1.3.5 澳大利亚煤层气开发现状 21

1.3.6 印度煤层气的开发利用 22

1.3.7 加拿大及波兰煤层气的开发利用 24

第2章 瓦斯抽放及煤层气开发的发展历程 26

2.1 引言 26

2.2 钻孔抽放煤层瓦斯 27

2.2.1 钻孔周围瓦斯流动理论 27

2.2.2 平行钻孔抽放瓦斯 29

2.2.3 交叉钻孔抽放瓦斯 31

2.3 高位瓦斯抽放巷道 34

2.3.1 高位瓦斯抽放巷道技术 34

2.3.2 后伪高抽巷技术 36

2.4 煤层水力压裂技术 38

2.4.1 水力压裂技术的机理 38

2.4.2 水力压裂的试验效果 39

2.5 多分支水平井技术 43

2.5.1 多分支水平井钻井和完井工艺 46

2.5.2 多分支水平井的侧钻技术 47

2.5.3 多分支水平井的充气欠平衡技术 47

2.5.4 煤层造洞穴技术 49

2.5.5 水平井与洞穴井的连通技术 49

2.5.6 工程实例 50

第3章 煤孔隙、裂隙结构特征 52

3.1 煤孔隙分类 52

3.2 煤样品的孔隙测量 54

3.2.1 压汞法的基本原理 54

3.2.2 煤孔隙的分形特征 55

3.2.3 煤孔隙结构分形维数计算 56

3.2.4 CT扫描测量煤体孔隙 58

3.3 煤孔径分布与煤阶关系 60

3.4 煤裂隙分类 63

3.4.1 内生裂隙的成因及特征 64

3.4.2 外生裂隙的成因及特征 65

3.5 煤裂隙研究方法 66

3.5.1 单一裂隙参数 66

3.5.2 多裂隙参数 67

3.5.3 裂隙的分形描述及意义 68

3.6 煤裂隙与煤体渗透性关系 71

3.6.1 煤体的渗透性测定 71

3.6.2 煤体的渗透性与裂隙分形维数的关系 73

3.6.3 裂隙岩体渗透性的各向异性 74

3.7 煤化程度与煤的物理性质 76

3.7.1 煤的宏观组成 76

3.7.2 煤的显微硬度与煤的宏观强度 77

第4章 煤层瓦斯赋存与运移的基本理论 79

4.1 煤层瓦斯的赋存方式 79

4.1.1 煤体表面的吸附作用 80

4.1.2 煤体表面的物理吸附模型 84

4.2 煤层瓦斯运移的渗流理论 85

4.2.1 达西定律 85

4.2.2 渗透系数 86

4.2.3 渗透系数的测量 88

4.2.4 达西定律的适用范围 88

4.3 煤层瓦斯运移的扩散理论 89

4.4 煤层瓦斯运移与煤层变形 92

4.5 均质煤体的固流耦合理论 94

4.5.1 煤体-瓦斯气体耦合理论的基本假设 95

4.5.2 煤体-瓦斯气体耦合理论的基本方程 96

第5章 低渗透煤层的改性机理与实验 99

5.1 非均质煤体的逾渗理论 99

5.1.1 多孔介质的逾渗现象 99

5.1.2 多孔介质的逾渗研究方法 100

5.1.3 基于显微CT观测的煤体逾渗研究方法 102

5.1.4 煤岩体的非均质性与逾渗阈值的关系 108

5.2 低渗透煤储层的改性理论 111

5.2.1 三维地层压力与煤储层渗透性的关系 111

5.2.2 水力压裂技术对低渗透煤层改造的局限性 112

5.2.3 改造低渗透煤层的有效途径 114

5.3 强化瓦斯抽放大型固气耦合实验 115

5.3.1 实验主要设备与方法 115

5.3.2 实验煤样的采集与加工 117

5.3.3 试验现象及其分析 120

5.4 瓦斯排放规律及其对煤体应力的影响 120

5.4.1 瓦斯排放量变化规律 120

5.4.2 瓦斯排放速度变化规律 122

5.4.3 瓦斯排放过程中煤体瓦斯压力的变化规律 123

5.4.4 瓦斯排放过程中煤体应力的变化规律 125

5.4.5 煤体有效应力系数的变化规律 126

第6章 低渗透煤层非均质固气耦合理论及数值模拟 129

6.1 非均质材料的破坏准则 129

6.1.1 煤体强度与渗透系数的随机非均匀性 129

6.1.2 非均质材料的破坏准则及其塑性分析 132

6.2 孔隙裂隙双重介质中瓦斯流动理论 136

6.3 非均质煤岩体的固气耦合数学模型 139

6.3.1 非均质固气耦合的基本方程 139

6.3.2 非均质固气耦合的数值解法 140

6.4 钻孔瓦斯抽放非均质固气耦合数值模拟 143

6.4.1 模型简化及计算方案 143

6.4.2 渗透系数的非均质参数对瓦斯抽放量的影响规律 144

6.4.3 强度非均质参数对瓦斯抽放量的影响规律 146

6.5 水力割缝瓦斯抽放非均质固气耦合数值模拟 148

6.5.1 数值计算力学模型 148

6.5.2 割缝区煤体卸压范围分析 149

6.5.3 割缝区的煤体破裂规律 151

6.5.4 割缝区的瓦斯抽放效果分析 154

6.6 水力割缝区瓦斯流动规律 157

6.6.1 水力割缝瓦斯抽放中瓦斯压力及流速变化规律 157

6.6.2 割缝长度对瓦斯排放速度的影响规律 157

6.6.3 割缝及钻孔的瓦斯累计抽放量与抽放率的比较 160

6.6.4 煤层埋深对瓦斯排放速度的影响 160

第7章 水力割缝强化瓦斯抽放技术 163

7.1 矿用水射流连续推进钻机 163

7.2 水射流钻孔割缝中试试验 166

7.2.1 水力割缝的实验室中试试验 166

7.2.2 水力割缝的井下实施方案 167

7.3 水力割缝强化瓦斯抽放工业性试验 169

7.3.1 试验工作面简介 169

7.3.2 试验区煤层的地质状况 170

7.3.3 水力割缝及测试技术 171

7.4 水力割缝抽放瓦斯测试结果 177

7.4.1 水力割缝抽放瓦斯实验结果 177

7.4.2 水力割缝强化抽放的效果分析 180

参考文献 184