主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

考虑动态滑脱系数的煤层气渗流模型建立

2019-05-31

  太原理工大学采矿工艺研究所康天合教授团队,以低渗透煤层气藏为研究对象,基于煤层气非线性渗流理论,建立了考虑动态滑脱效应的煤层气渗流模型,并利用有限元数值分析方法,揭示了动态滑脱效应对煤层气渗流的影响及煤层气抽采时渗透率和滑脱系数的动态变化规律。这项成果以《滑脱系数动态变化对煤层气运移的影响》为题发表于《煤矿安全》2019年第5期,李立功博士研究生为论文第一作者。


  煤层气以游离态和吸附态2种方式赋存于煤层中。煤层气开采时,吸附态气体转化为游离态,在生产压差的作用下流入生产井筒。


  瓦斯解吸和渗流均会引起煤体孔隙结构变形。从滑脱系数的影响因素可知,在煤层气抽采时,煤体孔隙结构时刻发生变化,导致其滑脱系数也时刻变化,此时滑脱系数并不是一个固定常数,而是随孔隙压力变化而动态变化。目前的煤层气渗流模型大都将滑脱系数视为常数,然而在煤层气抽采时受有效应力和煤基质收缩效应影响,滑脱系数是动态变化的。


  研究人员在建立动态滑脱系数计算模型时,对煤层及煤层气做了如下假设:(1)煤基质体为弹性体; (2)煤体渗透率主要受煤储层微孔、裂隙影响,不考虑基质体孔隙的影响; (3)基质体中压力与孔裂隙中压力相等,其压力传递无损耗; (4)火柴棍模型设:煤储层理想化为火柴棍集合体,火柴棍之间空间代表孔隙,火柴棍代表煤基质体; (5)体积不变假设:储层压力降低时,煤储层孔隙空间保持不变,即水平应变、垂直应力和应变均为0。


  数值模拟结果显示,随着抽采时间的增加,滑脱系数先增大后减小,渗透率先减小后增大;初始渗透率越小,在抽采相同时间后,考虑动态滑脱系数与固定初始滑脱系数渗透率差异越大,在初始渗透率相同时,抽采时间越长,渗透率差异越大;在考虑动态滑脱效应后,各点孔隙压力降低幅度较固定初始滑脱系数时有所减小,且初始渗透率越低两者的差距越大。


  这项研究得到了国家自然科学基金、深部岩土力学与地下工程国家重点实验室(北京)基金项目的资金支持。


  火柴棍模型


  煤层气数值模拟模型


论文链接
  责任编辑:宫在芹
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男,1979年4月生,山西长治人,教授,工学博士,力学博士后,现任太原理工大...

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