粗糙割理中煤層氣運移規(guī)律及排采井間的干擾方式.pdf

1、鑒于當前全國范圍內頻繁的瓦斯爆炸事故、嚴重的環(huán)境污染等重大問題，作為一種新型潔凈能源，煤層氣(CBM)的開發(fā)利用就成為了一項重大而又意義深遠的工作。
　　但因煤巖介質是一種二元孔隙結構，其中割理/裂隙端面幾何及基質孔隙結構均異常復雜，表現(xiàn)出分形特征。而割理/裂隙網(wǎng)絡作為煤層氣運移的主要通道，其幾何形貌對流體的運移的影響顯著。因此探明粗糙割理中流體的運移控制機理是實現(xiàn)煤層氣開采潛能科學評估及開采工藝優(yōu)化設計的基本前提，具有重要的理論

2、意義及實用價值。
　　然而，現(xiàn)場數(shù)據(jù)、常規(guī)的實驗測試手段及經(jīng)驗關系式往往是基于宏觀層面的統(tǒng)計結果，內蘊平穩(wěn)、連續(xù)假設且受精度和環(huán)境的影響明顯，不利于煤層氣運移規(guī)律的發(fā)掘。因此要從機理層面理解煤層氣的運移過程，必須從孔隙尺度出發(fā)，在探明微觀幾何的控制作用和方式后，才能科學地推演復雜孔隙結構的輸運屬性。近來，隨著計算機技術的快速發(fā)展及分形理論的日趨成熟，兩者耦合的分析模式已成為當前探索煤層氣運移規(guī)律的重要手段和有效方法。
　　結

3、合煤層氣開采潛能評估這一難點問題，本文采用基于動理論的格子Boltzmann技術體系，于孔隙尺度下著重研究了粗糙割理中煤層氣運移規(guī)律。具體包括：
　?。?）依據(jù)割理端面幾何的自仿射分形屬性，系統(tǒng)分析了割理粗糙復合形貌空間下煤層氣的運移規(guī)律，并依據(jù)其作用方式及強度，提出了三重效應的裂-滲關系模型，即局部粗糙效應、流體內部作用以及流-固間的效用，對應的物性參數(shù)分別為局部粗糙度因子、水文彎曲度及大尺度下裂隙端面曲折率。其中水文彎曲度及端

4、面曲折率表現(xiàn)出尺度不變特征，而局部粗糙度因子具有長程平穩(wěn)的特點?；谝陨涎芯拷o出了單粗糙割理中煤層氣運移的分形裂-滲方程。
　?。?）結合割理端面自仿射分形屬性及端面間的長程相關而短程非匹配的事實，提出了一種構建自然割理的算法。在此基礎上，系統(tǒng)分析了非匹配自仿射粗糙割理復合形貌空間下煤層氣運移規(guī)律，具體特征如下：沿割理走向，剖面流速的分布為偏正態(tài)分布而非泊肅葉方程所描述的拋物線模型；自仿射非匹配割理空間中開度分布為一周期性的波狀起

5、伏分布，該分布特征會增加割理流的水文彎曲度，進而削弱割理空間的滲透性能；非匹配程度越高，曲折流效應越明顯，并呈單調遞增趨勢。
　?。?）依據(jù)割理網(wǎng)絡的空間構型，于孔隙尺度下模擬了基于垂直井的煤層氣排采過程，并分析了排采井間的干擾模式，結果表明：井間距離及儲層壓力均對煤層氣的排采有一定的影響，趨勢為：井間距離同井口位置處煤層氣的流速之間呈單調遞增趨勢，同時針對當前實驗模型來說，當井間距離為7.65時，排采井之間的相互影響最?。粌訅?/p>