基于流-固-热耦合的深部煤层气抽采数值模拟

为了提高深部煤储层产气规律预测准确性、减小气井设计误差,分析了深部煤储层特征参数随埋深的变化规律,针对目前煤层气研究忽略了温度、地下水等因素问题,基于已建立的深部煤层气抽采流-固-热耦合模型,进行深部煤层气抽采数值模拟,分析不同地应力、初始渗透率、储层压力和温度等深部特征参数以及不同埋深条件下煤层气抽采的储层参数和产气演化规律。结果表明:渗透率变化为地应力增加、温度降低和煤层气解吸引起的煤基质收缩效应与储层压力降低引起的煤基质膨胀效应的综合竞争结果;随着煤层气和水被采出,储层温度降低和煤层气解吸占主导,储层渗透率升高;地应力对深部储层渗透率比例的变化起着主要作用,初始渗透率对产气速率起着控制作用;当煤层埋深小于临界埋深时,产气量随埋深逐渐增加,达到临界埋深后,产气量随埋深逐渐降低;低渗透率是制约埋深超千米的气井高产的关键。

煤层气抽采机感应电机运行最优速度曲线控制策略研究

针对煤层气抽采机动态交变负荷下感应电机周期性工作于电动和发电状态导致直流供电侧母线电压波动大及能耗高的问题,提出一种基于感应电机运行最优速度曲线的节能控制策略。该控制策略通过推导出直流供电侧母线电压波动与感应电机加速度之间一一映射关系,构造直流母线电压波动差绝对值函数和最大电压波动函数,通过对绝对值函数求极值和对最大电压波动函数做单调性分析,找到满足直流母线电压波动最小的最优加速度,从而得到煤层气抽采机感应电机运行最优速度曲线。最后,通过仿真和现场试验对不同电机运行速度下的直流供电侧母线电压波动情况进行综合分析比较,仿真和现场试验结果证明了理论分析的正确性。

煤层气抽采直流微网建模与稳定性分析

针对目前煤层气抽采现场用电不合理现状,构建一种新型煤层气抽采直流微网供电系统,并对该直流微网系统稳定性及控制策略进行研究。煤层气抽采直流微网供电系统分三层结构:第一层由光伏和蓄电池组成能量供给层;第二层由双向Buck/Boost变换器构成能量传输和分配层;第三层由煤层气抽采机构成负荷层。基于此架构推导了第一、二层输出阻抗Zo(s),并建立第三层煤层气抽采机电动机输入阻抗Zin(s)与受控源K??m串联的小信号模型,在此基础上得到系统全局小信号模型。考虑到呈现负阻抗特性的煤层气抽采机电动机周期性动态交变负荷引起的系统不稳定,在能量传输和分配层分析并讨论了一种基于虚拟阻抗的直流微网稳定性控制策略,以及利用下垂控制实现负荷功率动态平衡分配的方法。进一步利用阻抗匹配原则求解多项式1/(1+Zo(s)/Zin(s))主导极点,比较采取该稳定性控制策略前后的主导极点位置并分析直流微网系统稳定性。最后基于Matlab/Simulink搭建由光伏阵列、储能单元和煤层气抽采机组成的煤层气抽采直流微网系统模型,系统仿真证明了稳定性控制策略的有效性。

煤层气抽采过程中煤储层参数动态响应物理模拟

针对在煤层气抽采工程现场难以对煤储层参数动态响应进行深入研究的问题,提出了基于物理相似模拟技术,采用真实煤样建立相似物理模型,试验研究煤层气抽采过程中煤储层参数动态响应特征的方法,并利用自主研制的煤层气抽采物理模拟试验系统,开展了三维应力状态下单一储层煤层气抽采物理模拟试验,初步获得了煤储层抽采流量、气体压力、流场及温度等参数的动态演化规律:抽采流量在抽采初期急剧增大,然后逐渐降低;距离钻孔越近气体压力下降越快;靠近钻孔处气体流速较大;抽采初期,煤储层温度变化量小,抽采后期,随着吸附气体的解吸,温度变化量逐渐增大。研究结果可为数值模拟和煤层气抽采工程设计提供基础参数和理论依据。

液氮循环致裂技术强化煤层气抽采的研究与应用展望

水力压裂技术在强化煤层致裂、提高煤层气抽采效率方面广泛应用,但存在耗水量大、压裂液易污染环境等问题,难以在富含煤层气的缺水地区应用。基于常规液氮压裂技术,通过改变液氮单次注入方式,提出了液氮循环致裂技术,并对该技术用于强化煤层气抽采进行了展望。该技术采用液氮循环注入方式,使得液氮持续充填不断扩展的裂隙空间,形成复杂的裂隙网络。其致裂煤岩机理为循环累积损伤、低温致裂及气体致裂三者耦合作用机制:①在液氮循环注入过程中,不同类型组配颗粒间出现不同程度的变形响应,不断累积的颗粒间损伤在一定程度上劣化煤体局部区域的抗压强度,导致新生裂隙的衍生及原生孔隙扩容。②液氮对煤岩的冷冲击导致煤岩内部结构发生断裂,产生大量微裂隙,并使其随着液氮循环注入不断扩展和导通,同时液氮的低温作用导致的水冰相变过程能进一步破坏煤岩内部结构。③液氮汽化产生的高压气体使得煤岩体积重复性地扩展-收缩,进一步促使裂隙发育和导通。液氮循环致裂技术以液氮为压裂介质,极大缓解了对水资源的依赖,对环境无污染,可用于煤层气抽采等领域。

煤层气抽采直流微网供电系统设计探讨

由于我国煤层气生产普遍存在煤层气抽采区域大、分布广、井口分散且多数井口分布在偏远山区等情况,导致传统交流配电网建设困难且建设成本居高不下。基于以上现状,文章提出一种煤层气抽采直流微网供电系统,该系统采用光伏和蓄电池作为供电单元,能够为煤层气抽采机提供供电保证。基于MATLAB/SIMULINK的煤层气抽采直流微网仿真模型验证了所提系统的正确性和可行性。

“煤层气抽采技术”课程教学及考核方式改革

资源勘查工程专业煤及煤层气方向"煤层气抽采技术"课程内容工程性强,基础知识点多,知识范围广,知识体系的建立需要较大的阅读量,传统教学方法及考核模式难以激发学生自主学习及主动阅读的积极性。针对这一客观问题,本文提出基础知识采用讲授式教学,工程技术及工艺设计采用案例式教学,基础知识应用采用探究式教学,交叉知识点采用翻转课堂式教学模式,同时将翻转课堂及探究式课题纳入课程考核体系,引导激励学生自主学习。改革使得学生在学习时间、兴趣、阅读量、知识巩固与应用及对专业理论及工程问题的思考和分辨能力上均有所提高,培养了学生基本的科研表达能力,提高了教学效果。

岩层移动理论在煤层气抽采技术中的应用研究

详细阐述了覆岩内部破坏分布特征与地表移动变形分布特征、垮落带高度、裂缝带高度和地表移动变形最大值计算与采动范围时空界定参数等;分析了煤层气地面钻井、井下高抽巷道和井下保护层等对采动岩层移动变形破坏的要求;基于岩层移动变形破坏时空规律,探讨了煤层气抽采井、巷和保护层位置设计原则。这些采岩层移动、变形和破坏规律可广泛应用于煤层气抽采技术,以提高煤层气抽采效率。

煤层气抽采地面压裂与井下钻孔衔接时空关系研究

基于晋城矿区所采用＂三区＂联动抽采模式,结合生产区地面压裂作业与井下钻孔抽采在时间和空间上衔接相对紧密交叉影响大的特点,提出了生产区地面压裂与井下钻孔抽采两种时间衔接模式,即＂压裂前后布置井下抽采钻孔＂和＂井下钻孔滞后地面压裂布置＂。通过微地震法和井下钻孔揭露法研究,得出煤层中的裂缝主要为北东向开度较小的水平裂缝,裂缝长158-203 m。根据裂缝展布规律,设计了2种模式的压裂考察方案,通过工程实践,初步确定了地面压裂作业与井下抽采钻孔合理的时间衔接关系,在地面压裂前后布置钻孔抽采,对目标煤层的增透、减小煤层瓦斯异常涌出和煤与瓦斯突出危险性等方面效果明显,井下钻孔滞后地面压裂3个月以内施工,联合抽采效果显著。

深部低渗松软煤层群条件下煤层气抽采模式初探

深部低渗松软煤层群煤层气抽采面临着高地压、低渗透、难抽采等难题,通过分析现有煤层气抽采技术的特点,给出了煤层群开采条件下的煤层气抽采技术分类方法。基于保护层与被保护层煤层气抽采方法时空关系的分析,提出了适用于深部低渗松软煤层群的煤层气七区配套联合立体抽采模式。

采动影响下地面井煤层气抽采技术研究

建立覆岩移动变形模型,分析了覆岩各岩层沉降变形及剪切变形特征,给出了套管在覆岩作用下的剪切、拉伸变形破坏形式,建立地面井"S"型剪切变形数学模型函数及离层拉伸变形数学模型;通过对采煤后覆岩裂隙形态的分析,根据采煤工作面瓦斯流动特征,获得了采动影响下瓦斯地面井布井基本原则,设计了采动影响下瓦斯抽采地面井结构,在晋煤集团成庄矿、寺河矿应用该技术,取得很好的抽采煤层气效果,解决了采煤工作面瓦斯治理难的问题,抑制了瓦斯超限,保障了煤矿回采的安全,取得了很好社会经济效果。

高职煤层气抽采技术专业校外实践教学体系研究

构建科学完善的校外实践教学体系是实现高职煤层气抽采技术专业人才培养目标、强化毕业生职业素养和职业能力的重要抓手,也是专业建设的重要内容。基于职业岗位需求分析,构建了由目标体系、内容体系、管理与保障体系构成的校外实践教学体系,从根本上提高专业人才培养水平,促进毕业生顺利就业。

煤层气抽采技术专业实践能力的培养

从专业实验室、教师队伍、校外实训基地、竞赛机制等四个方面入手,介绍煤层气抽采技术专业如何培养学生的实践能力,提出建立实验小组考核机制,激发学生"创新"潜能。

煤层气抽采和煤与瓦斯共采关键技术现状与展望

介绍了我国井上、井下煤层气立体抽采和煤与瓦斯共采关键技术体系和发展现状,指出根据我国煤炭赋存条件的特点,必须坚持井下、地面综合抽采方针,克服煤层气地面抽采技术的不足,加大井下卸压抽采和煤与瓦斯共采的力度。总结概括了当前煤层气井下抽采、无煤柱沿空留巷墙体构筑、无煤柱留巷充填材料制备和泵送工艺、沿空留巷围岩稳定性控制、沿空留巷瓦斯综合治理等技术的现状和发展趋势,得出将地面井抽采和井下抽采相合,利用保护层开采卸压效应,施工地面钻井穿透被保护层,可大幅提高单井抽采效率,"一井两用"或"一井多用"将是未来煤层气开发的必由之路。

注热强化煤层气抽采的试验研究及工业应用

煤层气作为煤层中主要的清洁能源,其高效抽采和利用,将有利于提高资源利用率和保障煤矿安全生产。然而,甲烷的强吸附性和煤层的低渗透性,导致煤层气的采收率特别低。基于能量守恒方程,完善了注热强化煤层气抽采的理论,在实验室和煤矿井下分别进行了注热强化煤层气抽采的试验,研究了不同条件下甲烷的解吸规律和注热对煤层气抽采的促进作用。室内试验结果表明,注水解吸、自然解吸和注热解吸3种条件下的煤样终态解吸率分别为12%、37%和81%。定量计算结果表明,自然解吸和注水解吸后的注热强化解吸,分别可以增加46%和68%的解吸率,证明了注热具有强化甲烷解吸以及解除水锁效应的作用。阳泉矿区现场试验结果表明,注热方法不仅可以提高煤层气的抽采率,还可以缩短煤层气的抽采时间。注热方法可以将煤层气的浓度和日产气量分别提高10倍和100倍,其中最大煤层气浓度和最大日均产气量分别为98%和123 m^(3)/d。8号注热钻孔的有效注热半径超过5 m,并且注热后的抽采阶段是煤层气高效抽采时间段。研究结果可为注热强化煤层气抽采的现场应用和煤矿井下局部瓦斯的防治提供参考。

煤层气抽采技术专业课程设计与构建

根据我校煤层气抽采技术专业发展现状及存在问题,分析了该专业技术体系所需的知识和需要设置的课程,根据行业需要及专业定位重新设计与构建了以适应现阶段教学需要的专业课程。

煤矿区煤层气抽采经济评价方法

根据煤层气开发项目的特点,在借鉴国内目前常用的煤层气抽采经济评价方法的基础上,选取财务内部收益率、财务净现值、投资回收期作为评价指标,探讨了煤层气抽采项目经济评价方法。

煤矿区煤层气抽采的多物理场耦合模型及应用

基于考虑煤岩膨胀应力作用的有效应力原理,建立了考虑由瓦斯压力引起的煤基质变形和有效应力耦合效应下的煤储层渗透率动态变化模型,以煤岩变形的应力场方程和煤层瓦斯渗流方程为桥梁,构建了煤层气抽采的多物理场耦合模型。以沁水盆地南部二叠系山西组3#煤层为地质模型进行应用分析,运用Comsol Multiphysics多物理场数值模拟软件,对不同煤层参数及不同工况条件下煤矿区煤层气抽采的孔隙压力场变化规律进行分析,研究发现:煤层气抽采主要受煤层埋藏深度、煤层孔隙度和渗透率影响较为明显,而受抽采负压大小的影响较小。

废弃矿井煤层气抽采技术探究与应用

废弃矿井煤层气的有效治理是需要通过不断的研究才能够发现其中存在的不安全隐患。可是,当我们在大量的实践面前不得不承认依靠一些先进的科学技术来达到控制发生煤层气灾害的发生。我国每年都会有关于煤层气泄而发生不安全的事故,研究和分析这些不安全的事故发生都是由于我们在具体的施工过程中大意造成的,为此,要加强对我国煤矿煤层气治理的力度,已经迫在眉睫。本文在论述煤矿井下煤层气抽采钻孔布孔方式、施工技术的基础上,对未来的新技术发展趋势作了展望。

煤层气抽采“三区联动”模式的规划

为实现煤炭与煤层气两种资源的安全高效协调开发,提高煤炭资源采出率,实现煤矿瓦斯井下抽采和地面抽采两个独立产业模式的有效衔接,解决煤层气开发与煤炭开采的时空矛盾,山西焦煤集团公司探索应用了＂三区联动＂模式,并进行规划研究,提高了矿井瓦斯防治与利用的综合管理水平。