主辦單位:煤炭科學研究總院出版傳媒集團、中國煤炭學會學術期刊工作委員會

考慮動態滑脫系數的煤層氣滲流模型建立

2019-05-31

  太原理工大學采礦工藝研究所康天合教授團隊,以低滲透煤層氣藏為研究對象,基于煤層氣非線性滲流理論,建立了考慮動態滑脫效應的煤層氣滲流模型,并利用有限元數值分析方法,揭示了動態滑脫效應對煤層氣滲流的影響及煤層氣抽采時滲透率和滑脫系數的動態變化規律。這項成果以《滑脫系數動態變化對煤層氣運移的影響》為題發表于《煤礦安全》2019年第5期,李立功博士研究生為論文第一作者。


  煤層氣以游離態和吸附態2種方式賦存于煤層中。煤層氣開采時,吸附態氣體轉化為游離態,在生產壓差的作用下流入生產井筒。


  瓦斯解吸和滲流均會引起煤體孔隙結構變形。從滑脫系數的影響因素可知,在煤層氣抽采時,煤體孔隙結構時刻發生變化,導致其滑脫系數也時刻變化,此時滑脫系數并不是一個固定常數,而是隨孔隙壓力變化而動態變化。目前的煤層氣滲流模型大都將滑脫系數視為常數,然而在煤層氣抽采時受有效應力和煤基質收縮效應影響,滑脫系數是動態變化的。


  研究人員在建立動態滑脫系數計算模型時,對煤層及煤層氣做了如下假設:(1)煤基質體為彈性體; (2)煤體滲透率主要受煤儲層微孔、裂隙影響,不考慮基質體孔隙的影響; (3)基質體中壓力與孔裂隙中壓力相等,其壓力傳遞無損耗; (4)火柴棍模型設:煤儲層理想化為火柴棍集合體,火柴棍之間空間代表孔隙,火柴棍代表煤基質體; (5)體積不變假設:儲層壓力降低時,煤儲層孔隙空間保持不變,即水平應變、垂直應力和應變均為0。


  數值模擬結果顯示,隨著抽采時間的增加,滑脫系數先增大后減小,滲透率先減小后增大;初始滲透率越小,在抽采相同時間后,考慮動態滑脫系數與固定初始滑脫系數滲透率差異越大,在初始滲透率相同時,抽采時間越長,滲透率差異越大;在考慮動態滑脫效應后,各點孔隙壓力降低幅度較固定初始滑脫系數時有所減小,且初始滲透率越低兩者的差距越大。


  這項研究得到了國家自然科學基金、深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室(北京)基金項目的資金支持。


  火柴棍模型


  煤層氣數值模擬模型


論文鏈接
  責任編輯:宮在芹
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