微波加热提高煤层气渗流性能的研究

作     者：崔余岩 

作者单位：辽宁工程技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张永利

授予年度：2017年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 080904[工学-电磁场与微波技术] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：煤层气 微波加热 温度 孔隙压力 渗透率 

摘      要：我国煤层气储量丰富,但普遍都具有渗透率低的特性,极大地导致了我国煤层气产业开发的困难。利用微波加热提高煤层低渗透率是近期研究开采煤层气的热点。本文基于室内实验得出渗透率与孔隙压力、有效应力、温度的变化关系,结合微波工程学、热力学、渗流力学等理论,建立了包含微波加热功率与温度函数以及微波加热开采低渗透煤层气渗流过程的多物理场耦合的数值计算模型,并进行了数值求解,得到以下研究成果:采用室内微波控制下真三轴实验仪进行实验,根据不同功率作用下微波加热煤样的升温实验,可以得到煤样的温度随着功率的增加而升高,微波加热功率越高,煤层内部温度升高越快;根据微波加热煤样的渗流实验,得出在轴围压、温度相同的条件下,随着孔隙压力、有效应力逐渐升高,渗透率先减小后增大。基于煤是双重结构介质,考虑微波加热功率的影响因素,结合电磁场、应力场、温度场、变形场的变化,建立微波加热作用下的微波传播控制方程、温度场控制方程、变形控制方程、渗流控制方程。联立方程得到了功率微波作用下的数学模型。将已经构建的数学模型应用到功率微波加热开采煤层气的几何模型中,分析了不同功率、频率作用下的温度分布以及不同功率微波加热对煤层气的孔隙压力分布、渗透率变化的规律。结果表明:微波加热时煤层渗透率增加明显,提高微波的功率,吸附态瓦斯含量逐渐减少,煤样渗透率升高,从而提高煤层气的产量;且微波功率越高渗透率变化幅度则越大。