考虑基质收缩效应的煤层气应力场-渗流场耦合作用分析

在煤层气的初级生产过程中,为了获取较高的生产率,需要降低储层压力,储层压力下降对于煤层气的渗透率具有两个相反的效应：（1）储层压力下降,有效应力增加,煤层裂隙压缩闭合,渗透率降低;（2）煤层气解吸,煤基质收缩,煤层气流动路径张开,渗透率升高。Shi和Durucan、Palmer-Mansoori以及Gray等都建立了包含了基质收缩效应以及有效应力的影响的渗透率模型,其模型都基于以下两个关键假设：煤岩体处于单轴应变状态以及竖向应力恒定。为了检验上述两个假设的合理性,建立了一个考虑基质收缩效应以及渗流场-应力场耦合作用下的煤层气流动模型,对煤层气初级生产过程中渗透率的变化进行了耦合分析。分析结果表明：单轴应变的假设具有合理性,而竖向应力是随指向生产井的应变梯度的变化而变化的,其对于渗透率的变化具有重要影响,因此,竖向应力恒定的假设可能导致渗透率预测出现误差;上述渗透率模型都可能低估煤层气初级生产过程中渗透率的变化。     

煤层应力敏感性对煤层气产量预测的影响

大量现场实践和室内实验表明,煤层气藏为典型的应力敏感性气藏,随着煤层气的开采,储层孔隙压力降低,渗透率大幅度降低,引起产量下降。为了研究煤层应力敏感性与渗透率的关系,进行了应力敏感性实验,结果表明:煤层渗透率对于应力变化非常敏感,当有效围压从1MPa增加到12MPa时,其渗透率最大值只有初始的10%,即使围压恢复至1MPa,岩心渗透率损失率在54.98%~79.09%。由于煤层这种应力敏感性,其渗透率不再是常数,而是压力的函数,利用实验得到的动态渗透率与有效围压的关系,建立了考虑渗透率变化、带人工裂缝的预测煤层气产量的二维气、水两相数值模型,现场应用表明预测的产量与和实际产量吻合。     

低渗透性介质孔隙水渗流规律

针对以往对低渗透介质中的孔隙水的渗流规律研究存在的问题,利用微渗流-固结联合试验、三轴渗透固结试验、压汞试验等方法,对低渗透性介质-粘性土中的孔隙水的渗流规律进行了较系统的研究,对孔隙水运移规律的实质、极限水力梯度存在与否、达西定律的适用范围及在实际应用中注意的问题等方面进行探讨,并提出新的见解.     

不同渗流条件下无限斜坡稳定性分析方法探讨

顺层滑坡和冻土地区的浅层滑坡如融冻泥流和热融滑塌等，其斜坡深长比很小，一般属于无限斜坡类型，这类滑坡的形成往往与地下水的存在有关。本文应用有效应力原理推导了不同渗流条件下无限斜坡稳定性分析的计算模式，对各种不同表达形式的安全系数进行了讨论和对比，得出在流线平行于斜坡条件下。两类特殊条件(干土坡、饱水土坡)下的分析结果与相同情况下安全系数统一式结果相一致的结论；流线为相互平行的水平线、流线与坡向一致两种情况分别为孔晾压力和安全系数的两种特例。     

陷落柱渗流突水机理及强度主控因素模拟

为了研究陷落柱影响区域内巷道渗流突水机制及其主控因素,采用Darcy、Brinkman、N-S方程对含水层、陷落柱、突水巷道内流场进行联动系统刻画,选取不同参数、不同边界等变量,分析影响陷落柱渗流突水强度的主要因素。结果表明：定压、定流量条件下,含水层渗透率增大会引起含水层和陷落柱交界处区域流速增大,但定流量条件下增幅较小,且会降低巷道突水流速;陷落柱渗透率的增大对突水压力和突水流速作用显著,定压条件下,随着陷落柱渗透率的增大,巷道突水流速骤增;含水层压力增高,陷落柱区域和巷道区域流速明显增大;在定流量边界下,随着陷落柱渗透率的增大,巷道突水流速仅发生微小波动;将研究结论与现有相关成果进行了对比验证分析,获得了与本文较一致的研究规律。总体分析,陷落柱影响区域巷道突水机理是含水层水压高、足量补水、陷落柱破碎区域渗透率较大且联通了含水层和巷道;其中,含水层压力、陷落柱渗透率是陷落柱渗流突水强度的主控因素。     

渗透率空间变异性对重非水相流体运移的影响

中针对多孔介质中水、气和非水相流体的多相流运移特点,建立了由包气带至饱和带的 NAPLs- 水 - 气三相流模 型。用 Karhunen-Loeve 展开方法构建 4 个空间变异性不同的渗透率随机场。在此基础上,分别模拟 4 种情景重非水相流体 (DNAPLs)的泄漏运移过程。通过分析 DNAPLs 饱和度的空间分布以及其空间矩随时间的变化来探讨渗透率空间变异性对 DNAPLs 运移的影响。结果显示,随着渗透率空间变异性的增强,DNAPLs 饱和度的空间变异性增大。渗透率场中的优势通 道对 DNAPLs 运移有着显著影响,直接决定 DNAPLs 的运移路径和饱和度分布。渗透率场的各向异性降低了 DNAPLs 在垂向 上的运移速度,影响污染羽的形态。     

煤层注水中的水渗流规律研究

煤层注水是煤矿矿井预防冲击地压的首选措施。本文将煤层注水中水渗流问题视为有动界面运动的渗流力学问题,针对厚煤层,薄煤层两种情况,分别用径向流．平面平行流导出了提前注水时间和流量的计算公式,为煤层注水预防冲击地压的工艺参数选择提供了科学依据和理论指导。     

煤层气产出过程中气—水两相流与煤岩变形耦合数学模型研究

气－水二相流和煤岩变形耦合作用是煤层气产出过程中一种复杂的物理现象，为准确描述这一现象，本文建立了气－水二相流和煤岩变形的微分方程，并用有限元分别将它们进行离散化，然后讨论了煤岩变形模型和气－水二相流模型进行耦合数值求解的方法。     

岩土基坑开挖过程中的周围土体渗流-应力耦合模型

传统渗流-应力耦合模型仅考虑土体的各向同性特征,忽略了工程中应力与渗流的非线性影响,导致计算结果与实际情况偏差较大,由此,设计一种岩土基坑开挖过程中的周围土体渗流-应力耦合模型。搭建测试装置,利用瞬态试验法测定岩土基坑周围土体渗透率,分析岩土基坑周围土体基质块微观结构,得到土体变形方程并求解;从宏观角度分析土体应力,得到应力边界的面力结构,构建土体渗流-应力耦合模型。根据实际情况设定工程边界条件,选择某建筑工程中岩土基坑作为分析实例,测试结果表明,该模型计算结果与实际情况的误差低于0.2 m,可以为岩土基坑开挖提供参考。     

鸡西盆地主力煤层水可动性及其孔渗控制

水可动性是影响煤层气产出的重要因素,分析孔渗对水可动性的作用对鸡西盆地煤层气开发具有重要意义.以鸡西盆地不同矿区主力煤层为研究对象,开展了低场核磁共振(NMR)及渗透率实验,同时,结合称重测定煤样含水饱和度的方法,分析了煤层孔渗特征对煤中水可动性的影响.结果表明:①研究区煤样中吸附孔较为发育,平均占比为58.36％;渗...     

煤层含气量预测方法

含气量是进行煤层气资源计算与选区评价的关键。在有效含气量数据太少,不能满足研究工作需要的情况下,根据少量实测含气量数据和煤的等温吸附曲线、储层压力梯度、煤的水分、灰分数据,预测未知区煤层气量,是一种行之有效的方法。实践证明,预测含气量数据与实测含气量数据比较接近,能保证资源量计算及资源评价结果的可靠性。     

NUMERICAL MODELLING OF METHANE GAS MIGRATION IN DRY COAL SEAMS

This paper presents the development of a mathematical model for methane gas migration in coal seams. The major focus of this model is the coupling between the gas flow and deformation of solid coal. The effect of diffusion of adsorbed methane gas from the solid matrix to the voids has been taken into account. The adsorption of gas in the coal seam causes a two-phase state of gas flow. The governing equation for the two-phase gas flow is a non-linear partial differential equation with non-linear boundary conditions. A finite element model has been developed for simulation of the distribution of pressure and concentration of methane gas due to gas migration in coal seams.     

煤层群内多重保护层开采的防突试验研究

基于煤与瓦斯突出的煤层群开采所遇到的瓦斯问题,针对煤层群开采的特点,通过多参数的考察,对多重上保护层开采进行了试验研究,完善了保护层开采的基本理论;对保护效果、保护范围和合理参数进行综合分析、确定,得出了煤层群开采保护层过程中多重保护的具体指标和效果,建立了多重保护层效果考察及评价方法,对淮南矿区煤层群开采消除突出危险效果显著。研究成果对于类似条件突出矿井的保护层开采具有一定的指导意义和应用价值。     

煤层瓦斯流动方程补正

瓦斯流动方程是煤层瓦斯流动理论的基石,它反映了煤层内瓦斯流动的机理。本文在达西定律基础上,修正了一类煤层瓦斯流动方程。     

山西南部上古生界煤层含气性研究Ⅰ推定区煤层含气性评价

山西南部上古生界主煤层含气量具有南高北低、东高西低、东南部最高的区域展布格局,并显示出"层控"特征;含气量与煤级及灰分产率密切相关。主煤层的平均含气性可划分为三类六型,富甲烷煤层和含甲烷煤层主要分布于东南部推定区以及盆地深部的推断-预测区,具有进一步开展评价的价值。      

影响煤层渗透率测试的若干因素

通过对中国8个矿区10口煤层气评价井的试井工作,讨论了影响煤层渗透率测试的若干因素,认为钻井作业对煤层的伤害、煤体结构及较高的有效地应力是主要影响因素;而煤的变质程度虽然对煤的割理发育起控制作用,但不是煤层渗透率测试的主要影响因素。     

电性参数在煤层气测井中的应用

在煤层气测井中,利用自然电位和双侧向电阻率可以定性判断含气层位。利用电阻率参数可推算煤层的孔隙度和含气饱和度,结合密度对煤层气可以进行定量计算。．     

两淮煤田煤层含气性特征及甲烷富集机制探讨

两淮煤田是华东重要的煤炭基地，以其煤层层数多，煤类齐全，煤层气资源丰富而作为我国煤层气勘探开发研究的重要选区之一．本文以淮南潘集、张集和淮北宿南向斜等三个靶区为重点，在对两淮煤田煤层含气性特征深入研究的基础上，计算了煤层甲烷资源量，探讨了煤层气的富集机制，为两淮煤层气勘探开发选区评价提供了可靠依据。     

中国部分煤储层解吸特性及甲烷采收率

根据常压下的解吸实验和煤层气参数井实测数据分析,我国煤的解吸特笥变化较大,解吸率主要受煤层埋深及煤级的影响。最侍解吸深度一般在４００～６００ｍ之间,镜质体反射率小于３％时,随煤级的升高而增大;大于３％时,则相反。我国煤储层的吸附时间长短琚煤级没有特定关系,但在某些地区工层的含气量高低有关,甲烷含量低则吸附时间长,尤其是小于８ｍ＾３／ｔ时急剧增长。从现有资料看,我国煤储层的吸附时间一般不超达９ｄ。煤