煤層鉆孔的案例
煤層鉆孔周圍塑性變形 ￥100
使用摩爾—庫倫準側匹配的DP屈服準則，來作為煤體的失效判據，來研究鉆孔附近塑性區域范圍，以及滲透率變化，本案例供做水力沖孔模型的朋友參考。如需要，請聯系1045343728。
模型結果如下：
等效塑性變形
塑性區域
鉆孔周圍滲透率比值變化
鉆孔周圍內聚力變化
考慮鉆孔周圍損傷變形的多場分析
本案例耦合損傷場-擴散場-滲流場-煤層變形場，探討損傷前后煤體應力應變以及滲透率變化。用到的損傷模型為如圖1，此損傷破壞模型在巖石中應用廣泛。該損傷模型需要反復迭代，累計損傷，直至穩定，此過程煤體彈性模量逐漸減小。本案例的幾何模型為煤層順層鉆孔開采，頂部為垂直地應力，左右兩邊為棍支撐，下邊為固定約束，如圖2。假設煤層為各向同性均質，研究鉆孔周圍損傷破壞情況。
圖3為應力分布狀況，不考慮鉆孔損傷時，在鉆孔周圍不存在應力卸壓區，而考慮鉆孔損傷時，在鉆孔周圍出現卸壓區、集中區與原始應力區，如圖3所示。損傷過程，鉆孔周圍彈性模量減小，強度減小，處于軟化階段，此時受到的應力降低，直至發生破壞。鉆孔周圍損傷量如圖4所示，越靠近鉆孔，損傷量越大，即煤體發生的破壞程度越大，同時破壞產生了次生裂隙，使得鉆孔周圍煤層滲透率增大。鉆孔周圍最大滲透率比初始滲透率大180倍左右，增幅明顯。圖5為鉆孔周圍瓦斯壓力分布狀況，在損傷區瓦斯壓力明顯降低，與此區域滲透率增透有關。該案例做出部分展示，模型還有待完善，歡迎大家討論交流。
圖1 損傷控制方程
圖2 幾何模型及邊界條件
圖3 應力狀態分布
圖4 鉆孔周圍損傷量與滲透率比值情況
圖5 鉆孔周圍瓦斯壓力分布狀況
圖7 不同加載步時損傷分布
展開 基于雙重孔隙介質模型的煤層熱流固瓦斯抽采 ￥200
該模型為低滲透煤層注熱，鉆孔瓦斯抽采過程。本模型采用雙重孔隙介質模型，在此基礎上耦合溫度場、煤巖變形場。需要該模型的請聯系：QQ1045343728
網格劃分
瓦斯壓力云圖
鉆孔周圍x方向應力分量
鉆孔周圍y方向應力分量
鉆孔周圍z方向應力分量
鉆孔周圍x方向應變分量
鉆孔周圍y方向應變分量
溫度云圖
煤層瓦斯壓力變化曲線
體載荷
體應變
煤層氣微波注熱的電磁-熱-流-固全耦合模型
微波能量可以通過波導和天線導入煤層，首先，由底板巷向煤層施工瓦斯抽采鉆孔；然后，將波導與天線連接并和抽采管一起放入鉆孔內；天線與鉆孔壁之間安裝特氟龍護管；最后密封鉆孔，打開微波發生器后實施瓦斯抽采。微波發生器產生的微波通過矩形波導、波導轉換器及同軸波導傳遞到鉆孔內的天線處，并由天線向煤層輻射注熱，一方面，微波輻射熱效應提高了煤體溫度，瓦斯氣體大量解吸；另一方面，微波輻射改變了煤體物性結構，煤層含水飽和度大大降低，煤體孔隙率、滲透率迅速提高，從而極大地促進了瓦斯抽采。由于煤基質是微波透明體，而煤中水分是微波吸收體，利用微波的穿透性對水進行選擇性加熱決定了其比注熱水或熱蒸汽更加節能，更加經濟。
煤儲層的微波注熱增產示意圖
煤層內的瓦斯運移涉及煤體變形、氣體滑移、吸附導致的基質收縮/膨脹、及熱傳遞，研究瓦斯運移必須兼顧各物理場的交互耦合。溫度是影響煤體變形及瓦斯運移的關鍵。瓦斯賦存具有極強的溫度敏感性；煤的異質性可能會引發不均勻受熱從而產生熱應力，這些熱應力會引起煤體形變并改造滲透率；煤體升溫會驅使氣體從煤基質中解吸出來并處于一種自由、活躍狀態。溫度的升高會促使瓦斯由吸附態轉變為游離態，微波熱改造會導致煤層溫度及含水率的改變，從而觸發復雜的氣-固耦合作用。近年來，眾多學者為定量表征煤層氣開采中復雜的氣-固耦合過程已建立了一系列數值模型，然而涉及微波電磁-熱耦合效應的煤儲層滲透率模型罕有報道。本模型的首先通過介質損耗將電磁場與傳熱場聯立起來以實現微波注熱，這是一個雙場雙耦合過程；然后，通過熱膨脹耦合模塊、熱流動耦合模塊、熱解吸效應、吸附膨脹效應建立起滲透率模型并將傳熱場、固體力學場及滲流場耦合起來，這是一個多場耦合過程；最終建立起一個電磁-熱-流-固全耦合模型。
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