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《注过热水蒸汽条件下无烟煤的裂缝渗流特性演化规律研究》一、引言随着能源需求的不断增长和环境保护意识的提高，对煤炭的高效清洁利用成为研究的热点。
无烟煤作为一种重要的能源资源，其开采和利用过程中的渗流特性研究显得尤为重要。
本文以注过热水蒸汽条件下无烟煤的裂缝渗流特性为研究对象，通过实验和理论分析，探讨其渗流特性的演化规律。
二、研究背景及意义无烟煤作为一种低硫、低灰分的优质煤种，其开采和利用过程中对环境的污染较小。
然而，无烟煤的开采和利用仍存在一些问题，如采煤过程中煤层气体的渗流控制、煤炭的清洁燃烧等。
因此，研究无烟煤的裂缝渗流特性，对于提高煤炭的开采效率和利用效率，降低环境污染具有重要的理论和实践意义。
三、研究内容与方法（一）研究内容本文以注过热水蒸汽条件下无烟煤的裂缝渗流特性为研究对象，通过实验和理论分析，探讨其渗流特性的演化规律。
具体包括以下几个方面：1. 注水蒸汽对无烟煤裂缝的影响；2. 裂缝渗流特性的变化规律；3. 渗流特性与煤质、温度等因素的关系。
（二）研究方法本研究采用实验和理论分析相结合的方法，具体包括：1. 实验方法：通过注水蒸汽实验，观察无烟煤裂缝的变化情况，记录渗流数据；2. 理论分析：运用渗流力学、热力学等理论，分析注水蒸汽对无烟煤裂缝渗流特性的影响机制。
四、实验结果与分析（一）注水蒸汽对无烟煤裂缝的影响实验结果表明，注水蒸汽对无烟煤裂缝具有一定的扩张作用。
随着注水蒸汽的进行，无烟煤裂缝逐渐扩大，裂缝内部的矿物质和有机质逐渐溶解或软化，使得裂缝的连通性得到改善。
（二）裂缝渗流特性的变化规律在注水蒸汽的条件下，无烟煤的裂缝渗流特性发生了明显的变化。
随着注水蒸汽的进行，裂缝的渗透率逐渐增大，渗流速度也相应提高。
此外，注水蒸汽还使得无烟煤的孔隙结构发生了变化，进一步影响了其渗流特性。
（三）渗流特性与煤质、温度等因素的关系实验结果表明，无烟煤的渗流特性与其煤质、温度等因素密切相关。
不同煤质的无烟煤在注水蒸汽条件下的渗流特性存在差异，而温度的变化也会对无烟煤的渗流特性产生影响。
第21卷第2期2010年4月水资源与水工程学报Journal of Water Resources &Water EngineeringVol.21No.2Apr.,2010收稿日期:2010201227; 修回日期:2010202223基金项目:国家自然科学基金项目(50874082);国家自然科学基金青年项目(10502023);辽宁省教育厅高等学校科技计划项目(2008274)作者简介:吕祥锋(19822),男,河北广宗人,博士研究生,研究方向:气-水两相流渗流理论与实验研究。
煤层气-水两相流渗透率测定实验研究吕祥锋1,潘一山1,刘建军2,李忠华1,唐巨鹏1(1.辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁阜新123000;2.西南石油大学建筑工程学院,成都610500)摘 要:煤的绝对渗透率、气-水相对渗透率在预测煤层气开采中甲烷和水的产率是极为必要的参数。
以晋城天地王坡煤矿为例,利用稳态法测定煤层气-水两相流有效渗透率及束缚水状态煤岩绝对渗透率,得到气-水相对渗透率关系曲线及有效应力与气、水有效渗透率关系曲线,揭示一些新的规律:气、水相对渗透率随围压增大而略有增加;气、水有效渗透率随有效应力的增加而降低,降低了其渗透性能;有效应力存在某一分界点,当小于该值时,气、水有效渗透率随有效应力的增加而迅速降低,对于天地王坡煤矿3﹟煤样测定结果,有效应力分界点为2.7MPa 左右;有效应力存在某一临界值,当大于该临界值时,气、水有效渗透率随有效应力的增加而降低,但幅度不大,对于本实验煤样,有效应力临界值为8.5MPa 左右。
实验结果可为煤层气的合理抽采提供基本理论依据。
关键词:煤层气;气-水两相流;渗透率;实验研究中图分类号:TD84 文献标识码:A 文章编号:16722643X (2010)022*******Experiment on the Permeability R ate in theG as 2w ater Double State Flow of Coal DepositL ΒXiang 2feng 1,PAN Yi 2shan 1,L IU Jian 2jun 2,L I Zhong 2hua 1,TANG Ju 2peng 1(1.School of Mechanics and Engineering ,L iaoning Technical Universit y ,Fux in ,L iaoning 123000,China;2.School of Civil Engineering and A rchitecture ,S outhwest Pet roleum Universit y ,Cheng du 610500,China )Abstract :The absolute permeability rate of coal and relative permeability rate of gas 2water are t he necessary parameters for forecasting t he birt h rate of coalbed met hane and water in mining.Tak 2ing Tiandiwangpo Mine in Jincheng for example ,using t he steady 2state met hod to measure t he absolute permeability rate of coal ,relative permeability rate of gas 2water double state flow in t he coalbed ,t he paper obtained t he relational curves of t he relative permeability rate of gas 2water and effective st ress wit h effective permeability rate of gas 2water.So me new roles are presented as fol 2lows :Wit h t he increasing of confines p ressure ,t he relative permeability rate of gas 2water was in 2creased slightly ;The effective permeability rate of gas 2water is decreased wit h t he effective stress increment ;There is dividing point for t he effective st ress when t he st ress is smaller t han it ,t he effective permeability of gas and water will decrease rapidly wit h t he increment of effective st ress.For t he coal sample No.3,t he dividing point is about 2.7M Pa ;On t he ot her hand ,a critical ef 2fective st ress is found ,t he effective permeability rate of gas 2water will decrease slightly wit h t he increment of effective when st ress is larger t han it.For t he coal sample No.3,t he critical effec 2tive st ress is abo ut 8.5M Pa.The experimental result s can p rovide t heoretical basis for reasonable drainage of coalbed met hane (CBM ).K ey w ords :gas in coal deposit ;gas 2water flow ;permeability rate ;experimental research 我国煤层气(又称甲烷,主要成份为甲烷)资源丰富,合理开采和利用煤层气资源具有重大的现实意义[1～5]。
第12卷 第4期地质灾害与环境保护V o l.12, N o .42001年12月Journal of Geo logical H azards and Environm ent P reservati onD ecem ber 2001文章编号: 1006-4362(2001)04-0063-04 收稿日期: 2001203219基金项目: 国家自然科学基金资助项目(59574004)水—煤层气两相流体在煤层中的渗流规律张永利 邰英楼 王来贵(辽宁工程技术大学工程力学研究所,阜新 123000)摘要: 采用煤体承受有效应力、水—气混合流动及固—流相互作用的基本原理,建立了煤层气开采过程中水—煤层气两相渗流的基本方程;通过自行设计的实验装置,测定了煤层中水—煤层气共同流动时的两相流体的流量、渗透率及随水的饱和度变化关系,并据此模拟出了反映水—煤层气渗透基本规律,从而为煤层气开采提供了理论基础。
关键词: 煤层气;渗流;饱和度;渗透率中图分类号: TD 31513 文献标识码: A1 前言从20世纪70年代开始,美国首先在地面打钻孔抽取煤层气,以后引进常规油气钻孔开采方法和技术,已经成功地将煤层气作为一种矿藏资源进行开采。
到1992年底,全美共有7000多口煤层气井,年产量达3000×108m 3。
前苏联、西欧、澳大利亚都相继采用钻孔方法进行煤层气开采试验。
我国煤层气储量为(30～40)×108m 3。
20世纪90年代以来,开始引进美国技术分别在我国晋城、铁法等矿区试进行开采,目前已打井超过30口,但均未能形成稳定气流。
根据前人的实验研究,煤层气主要吸附在煤颗粒表面,空隙中主要是水。
随着水的抽出压力降低,煤层气解吸成为游离状态,成为水—煤层气两相流;而煤层气流动规律主要与水、煤层气在煤层中流动渗透率有关。
因而对煤层气中水—煤层气两相流体的渗透规律进行研究是非常必要的。
2 基本方程的建立2.1 假设条件在煤层气的开采过程中,假设:煤层温度不变,同时流体与煤体同温;煤体处处均质连续,流体和固体相互作用;煤层气处于吸附或游离状态,且不溶于水;煤层气吸附规律符合L angm u ir 理论;煤层气从孔隙、裂隙渗流到钻孔,故不考虑煤层气的扩散效应。
第四章煤层是多孔介质，煤层气穿过煤层孔隙介质的流动机制可以描述为三个过程，即：由于压力降低使气体从煤基质孔隙的内表面上发生解吸；穿过基质和微孔扩散到裂隙中，扩散作用是由于在基质与裂隙间存在的浓度差引起的；在压力差作用下以达西流的方式在裂隙中渗流。
这三种作用是一个互为前提并且连续进行的统一过程，不能割裂开来单独进行。
第一节主要内容：一、煤层气扩散特征：气体穿过煤基质和微孔的扩散流动时由于体积扩散（分子与分子间的相互作用）、克努森扩散（分子与孔壁间的相互作用）和表面扩散（吸附的类液体状甲烷薄膜沿微孔隙壁的转移）共同作用的结果。
当孔隙直径大于气体分子的平均自由运动路程时，以体积扩散为主；当孔隙相对于气体分子的平均自由运动路程较小时，以克努森扩散为主。
各种类型的扩散流动都是气体随机运动的结果。
二、煤层扩散性影响因素从气体的流动特征来考察煤层扩散性的影响因素。
煤是一种双孔隙介质，气体在裂隙（割理）系统中为达西流，在煤基质块中为扩散流。
扩散系数是物质的一种传递性质，其值受温度、压力、混合物中组分浓度的影响，同一组分在不同的混合物中其扩散系数也不一样。
扩散系数的值越大，扩散性越好。
扩散系数和形状因子的测定是相当困难的，从实用的角度，一般可用吸附时间来近似的表示扩散作用进行的快慢。
吸附时间是一个特征时间。
其确切的物理意义为：总吸附气量（包括残留气）的63.2%被解吸出来所需的时间。
吸附时间是表征气体从煤基质中解吸出来快慢的定量指标，可作为表征气体从储层中扩散出来快慢的近似指标。
第二节主要内容：一、煤层气渗流特征：一般认为，在中孔（直径大于100nm）以上的孔隙和裂隙中，气体的流动为渗流，并且可能存在两种方式，即层流和紊流。
二、煤层渗透性影响因素煤层是一种典型的双重孔隙介质，包括基质孔隙和割理两个系统。
由于基质孔隙平均直径通常很小，渗透率很低，为10-9~10-12m2，可视为零；而割理的渗透率一般在0.1×10-3~50×10-3m2之间。
水资源与水工程学报２０１０年共存，使得煤层气一水两相渗流更加复杂。
目前，国内外对此项研究报道较少，采用实验室测定煤层气一水相对渗透率更是处于探索阶段［６￣９］。
因此，利用稳态法测定煤层气一水两相流有效渗透率及束缚水状态煤岩绝对渗透率，得出气一水相对渗透率关系曲线，为准确预测和合理开采煤层气产量具有重要的理论意义和应用价值。
ｌ计算方法１．１气相、水相有效渗透率计算Ｋ掣一瓦２ｐ秭“ｑｇｐｇＬ万×１０２（１）Ｋｗ一赢尚×１０２（２）式中：ｑｇ为气流量，ｍＬ／ｓ；ｑ，。
为水流量，ｍＬ／ｓ；／２９为气体粘度，ＭＰａ·ｓ；肛。
为水的粘度，ＭＰａ·ｓ；Ｌ为煤样长度，ｃｍ；Ａ为煤样截面积，ｃｍｚ；ｐｔ、Ｐｚ分别为进出口压力，ＭＰａ；Ｐ。
为大气压力，ＭＰａ。
１．２气、水相对渗透率及饱和度计算Ｋ一赫＠）Ｋ一一Ｋ—』ｇ（ＬＳｗ，）（４）＆一等等×１００％ｓｇ一１００一＆作用，假设两相流体不互溶且不可压缩。
试验时总流量不变的条件下，当进口、出口压力及气、水流量稳定时，煤样含水饱和度不再变化，达到稳定状态，气和水的有效渗透率值是常数。
因此，可利用测定煤样进口、出口压力及气、水流量，由达西定律直接计算出煤岩的气、水有效渗透率和相对渗透率值［１０］。
实验原理示意图及装置实物图见图２、图３。
图２实验原理示意图图３实验装置实物图（５）３实验结果分析（６）气、水相对渗透率测定基础数据及实验结果数式中：Ｋ，譬为气相相对渗透率；Ｋ静为气相有效渗透率，ｍＤ；Ｋ。
（Ｓ。
）为束缚水状态气相有效渗透率，ｍＯ；Ｋ。
为水相相对渗透率；Ｋ。
，为水相有效渗透率，ｍＯ！ｍｏ为干煤样质量，ｇ；ｍｉ为第ｉ点含水煤样质量；＆煤样含水饱和度；＆煤样含气饱和度。
２气一水两相流渗透率测定实验实验煤样采自我国山西晋城天地王坡煤矿，采出煤层距离地面约３５０ｍ。
实验煤样见图１。
图１实验煤样采用稳态法测定气一水相对渗透率，其基本理论依据是一维达西渗流理论，忽略毛管压力和重力据见表１、表２。
煤层气渗流规律及其实验方法研究一、引言渗流力学是研究多孔介质内流体流动规律及其应用的科学。
自1856年Darcy 提出线性渗流定律以来，渗流力学就一直在不断地发展，并逐渐与其他学科交叉，在能源、资源的开发与利用以及工程建设中得到了非常广泛的应用。
渗流力学最先应用在水利工程和地下水资源开发等领域；随后又成为石油和天然气工业的一项基础理论。
随着煤层气这一新型清洁能源的重视与开发，渗流理论又应用在煤层气的开发与利用中。
煤层气渗流力学是研究煤层内瓦斯压力分布及其流动变化规律的理论，是由渗流力学、煤地质学、固体力学及采矿学等学科互相交叉渗透发展形成的。
自煤层气渗流力学创立至今深受有关研究人员的关注，尤其自20世纪80年代以来发展更为迅速，表现在：应用范围更广；基本理论不断深化；研究手段及方法不断现代化。
二、煤层气渗流规律研究内容及现状煤层气的渗流理论可分为线性渗流理论，非线性渗流理论，地球物理场效应的渗流理论和多煤层瓦斯越流理论，下面依次对其研究内容及现状做一简要介绍。
（一）线性渗流理论1、线性渗透理论为了适应采矿采煤业的大力发展，控制瓦斯技术已成为当时研究的关键技术之一，早在20世纪40年代末，前苏联学者就已经建立起考虑吸附煤层瓦斯作用的瓦斯控制方程[式(1) ]。
在我国，周世宁院士等[1]首先进行了将达西定律应用于煤层瓦斯流动理论的开拓性研究，认为煤层瓦斯的流动基本符合线性渗流规律，其观点对煤层瓦斯渗流的应用和瓦斯动力学研究具有相当重要的指导意义。
v k p nμ∂=-∂ （1） 式中：v 为流速；k 为煤层的渗透率；μ为瓦斯黏度系数；p 为瓦斯压力；p n ∂∂为瓦斯压力在流动方向上的偏导数。
此外还导出了瓦斯流量方程[式(2) ]：p q nλ∂=-∂ （2） 式中，q 为瓦斯流量；λ为煤层透气系数。
20世纪80年代，多位研究者在修正和完善数学模型、流动方程方而开展了相应的工作。
由于大多数井下瓦斯流动都可简化为一维的平行流动和径向流动的有限流场、无限流场或其组合，为此，郭勇义等[2]针对一维流动，结合相似理论提出了修正的流动方程。
煤层气渗流规律及其实验方法研究一、引言渗流力学是研究多孔介质内流体流动规律及其应用的科学。
自1856年Darcy 提出线性渗流定律以来，渗流力学就一直在不断地发展，并逐渐与其他学科交叉，在能源、资源的开发与利用以及工程建设中得到了非常广泛的应用。
渗流力学最先应用在水利工程和地下水资源开发等领域；随后又成为石油和天然气工业的一项基础理论。
随着煤层气这一新型清洁能源的重视与开发，渗流理论又应用在煤层气的开发与利用中。
煤层气渗流力学是研究煤层内瓦斯压力分布及其流动变化规律的理论，是由渗流力学、煤地质学、固体力学及采矿学等学科互相交叉渗透发展形成的。
自煤层气渗流力学创立至今深受有关研究人员的关注，尤其自20世纪80年代以来发展更为迅速，表现在：应用范围更广；基本理论不断深化；研究手段及方法不断现代化。
二、煤层气渗流规律研究内容及现状煤层气的渗流理论可分为线性渗流理论，非线性渗流理论，地球物理场效应的渗流理论和多煤层瓦斯越流理论，下面依次对其研究内容及现状做一简要介绍。
（一）线性渗流理论1、线性渗透理论为了适应采矿采煤业的大力发展，控制瓦斯技术已成为当时研究的关键技术之一，早在20世纪40年代末，前苏联学者就已经建立起考虑吸附煤层瓦斯作用的瓦斯控制方程[式(1) ]。
在我国，周世宁院士等[1]首先进行了将达西定律应用于煤层瓦斯流动理论的开拓性研究，认为煤层瓦斯的流动基本符合线性渗流规律，其观点对煤层瓦斯渗流的应用和瓦斯动力学研究具有相当重要的指导意义。
v k p nμ∂=-∂ （1） 式中：v 为流速；k 为煤层的渗透率；μ为瓦斯黏度系数；p 为瓦斯压力；p n ∂∂为瓦斯压力在流动方向上的偏导数。
此外还导出了瓦斯流量方程[式(2) ]：p q nλ∂=-∂ （2） 式中，q 为瓦斯流量；λ为煤层透气系数。
20世纪80年代，多位研究者在修正和完善数学模型、流动方程方而开展了相应的工作。
由于大多数井下瓦斯流动都可简化为一维的平行流动和径向流动的有限流场、无限流场或其组合，为此，郭勇义等[2]针对一维流动，结合相似理论提出了修正的流动方程。
谭学术等[3]利用渗流理论和热力学理论，提出了应用真实气体状态方程(而不是理想气体状态方程)的煤层气渗流方程，并做了线性化简化处理。
余楚新等[4]提出参与渗流的瓦斯量只是可解吸的那一部分，在瓦斯吸附与解吸过程完全可逆的假设条件下建立了相应的控制方程，做出了有一定新意的探索。
随后，孙培德[5-7]又进一步修正和完善了线性流动数学模型。
随着电子计算机和数值模拟方法的发展，针对煤层气流场内的压力分布及其流动规律进行数值模拟已经成为研究的主要手段。
针对压力是煤层气流动的主要动力因素，李英俊等[8]重点模拟研究了煤层瓦斯压力的分布规律，为预测瓦斯涌出量及抽放效果提供了参考依据；魏晓林[9]采用有限差分法对瓦斯流场中的压力分布以及流量变化进行了数值模拟；Yu 等[10-11]分别采用有限元法(FEM)和边界单元法( BEM)实现了对瓦斯渗流流动的数值模拟。
2、线性扩散理论瓦斯扩散理论在欧美国家有较多研究，而在我国这方而的研究较少，其扩散规律的理论依据是Fick 扩散定律[式（3）]：C J Dn∂=-∂ （3） 式中：J 为单位面积的扩散速度；D 为瓦斯扩散系数；c 为煤体瓦斯浓度。
然而瓦斯的涌出过程是一个很复杂的过程，杨其变等[12]将煤层看作微孔隙裂隙体来讨论瓦斯的扩散过程，认为其属于气体在多孔介质中的扩散，其涌出规律符合扩散定律。
依据扩散运动与热传导类似的原理，可以借助热传导的相关研究方法来讨论瓦斯的扩散问题，并以此对瓦斯扩散规律进行理论探讨和实测对比分析。
该理论适用于描述煤微孔隙及煤体表而的瓦斯流动规律。
3、扩散-渗流理论瓦斯扩散-渗透理论认为，煤层内瓦斯的运动是包含了渗透与扩散的混合流动过程。
煤层中存在相互沟通的裂隙网络，游离瓦斯沿着这些裂隙流向低压工作面；同时煤块内部的瓦斯解吸附而向裂隙扩散，因此，煤层中瓦斯的渗透率及其扩散性共同决定了其流动状况。
随着瓦斯运移规律研究的深入，国内外许多学者都赞同这一理论，周世宁院士[13]指出在煤层裂隙及大孔隙中的流动属于渗透，符合达西定律；而在微孔隙结构中的流动主要是扩散，符合Fick 扩散定律；并按扩散-渗透规律建立了煤层瓦斯流动方程式，与按单纯达西定律导出的方程式进行了对比，明确了达西定律的适用范围。
Saghafi 等从扩散力学出发，依据Fick 扩散定律建立了煤块瓦斯扩散方程；又从渗流力学出发，依据达西定律建立了瓦斯渗流方程；最后藕合成瓦斯渗透-扩散的流动方程，结合边值条件建立了瓦斯渗透-扩散的动力模型，并进行了数值模拟。
吴世跃[14]借鉴石油天然气相关的渗流理论，考虑了煤的结构特性与压缩性、吸附瓦斯与游离瓦斯流动的差异及其关系，在均质扩散模型和渗透模型的基础上，建立了扩散与渗流的物理数学模型，该模型在一定条件下又可转化为纯扩散或纯渗透模型，具有一定的普适性。
（二）非线性渗流理论达西定律偏离的主要原因可归结为：①流量过大；②分子效应；③离子效应；④流体非牛顿态势。
在大量试验研究的基础上得到了更能符合煤层瓦斯流动的幂定律[式(4)]：mdp vN A dx ⎛⎫=- ⎪⎝⎭（4）式中，vN为标准状态下的瓦斯流速；A为无量纲的瓦斯渗透率系数；m为状态常数；dp dx为沿x轴向的压力梯度。
该理论主要适用于中Re区（雷诺数Re=10），此时流动区为非线性层流区域。
孙培德[15-16]根据非均质多孔介质水动力学理论，将幂定律推广到非均质且各向异性的煤层中，建立了可压缩性瓦斯在煤层内的非线性流动模型。
尽管幂定律及其推广形式具有更广的应用范围，但仍然不能认为它就反映了煤层瓦斯流动的实质。
罗新荣[17]经过实验研究，提出了考虑Klinkenberg效应的修正的达西定律，并建立了相应的瓦斯流动数学模型，指出了达西定律的适用范围。
尽管关于幂定律是否优于线性达西定律存在不同的观点，但研究和发展非线性瓦斯流动理论仍具有一定的意义。
（三）地球物理场效应的渗流理论一般将地层中的地应力场、地温场和地电场统称为地球物理场。
随着对瓦斯流动机理研究的深化，许多学者认识到了地球物理场等对瓦斯流动的影响；基于对达西定律的各种修正，建立和发展了相应的流动模型及数值方法。
文献[18-22]是国外在该领域的代表性研究成果。
Somerton研究了裂隙煤体在二轴应力作用下氮气及甲烷气体的渗透性，得出煤样的渗透性依赖于作用的应力，且与应力史有关；并指出随着地应力的增大，煤层透气率按指数关系减小。
文献[19-22]从煤层赋存的地质条件和地球物理场环境出发，开创性地考察和研究了含气煤样的力学性质，以及瓦斯渗流和煤岩体之间的固气力学效应。
在国内，刘保县等[23]首先研究了含瓦斯煤层所处的各地球物理场对瓦斯吸附特性的影响；随后王宏图等[24]根据地应力场、地温场以及地电场中瓦斯的渗流特性，确定了煤层瓦斯渗透率k与有效应力σ、温度T及电场强度E的关系k （σ，T，E），建立了地球物理场中煤层瓦斯渗流方程，该渗流方程可反映地应力场、地温场和地电场对煤层瓦斯渗流的共同影响，为分析研究地球物理场作用下瓦斯的运移规律提供了一定的理论基础。
总的来说，创建和发展地球物理场效应的瓦斯流动理论是国内外学者竞相研究的热点。
用流体-岩石的相互作用去认识煤层内瓦斯运移的机制，充分发展考虑地应力场、地温场以及地电场等地球物理场作用下的瓦斯流动模型及其数值方法，尤其要注重发展可变形的孔隙-裂隙介质的多相藕合模型及其数值方法，使物理模型更能反映客观事实，进一步完善理论模型及测试技术。
（四）多煤层瓦斯越流理论在多层系统煤层孔隙压力梯度的驱动下，邻近层的煤层气越过弱透气性的夹层向开采煤层的采场及采空区或采气钻孔迁移并涌出，从而形成了多层系统的煤层气越流场[25](图1) 。
孙培德等[26]以双层系统的越流为研究对象，根据煤岩介质变形与煤层气越流相互作用的新观点去认识越流的固气藕合作用机理，提出了双层系统越流的固气藕合数学模型，为解决煤层气越流实际工程问题提供了一定的理论依据。
图1多煤层瓦斯越流场示意图实际的越流大都是三维问题，虽然在求解方法上并没有技术难度，但其计算量与二维问题相比要大很多。
孙培德等根据实际情况，对藕合模型进行了一定的简化处理：其中煤岩固体变形为平而应变模型，煤层气流动为包含越流的一维平行流动模型，这样既达到了数值求解的目的，又大大简化了数学模型，节省了大量的计算工作量。
而在数值求解的算法方面，孙培德采用的是有限差分的强隐式法(SIP)，对藕合模型进行了离散化，并作了详细的数值分析。
随后，孙培德等还应用二维模拟仿真技术实现了煤层气越流的二维可视化，直观再现了煤层气越流场与煤岩体变形场藕合效应的宏观变化特征，为地下煤层气越流场中邻近层瓦斯涌出预测和控制提供了可行的研究方法。
三、煤层气渗流规律实验方法研究煤层气在储层中主要以吸附和游离状态存在，其在煤储层中的渗流特征比常规天然气在砂岩储层中的渗流特征更加复杂。
由于储层渗透率低，气体渗流困难，导致煤层气井产量较低，这是煤层气开发尚未取得突破的原因之一。
因此有必要研究煤层气的渗流机理，特别是有效覆压、气体压力、气体类型和温度等因素对煤层气的渗流特征的影响[27]。
（一）岩样制备（1）煤层试样：将取自某煤田区块主力煤层的煤样在钻床上钻成直径为25mm、长4-6cm 的圆柱体煤层试样，取样方式为水平试样以研究水平方向的渗透率。
试样外表可见层理及天然微裂。
缝，整体较致密。
（2）煤粉试样：取同样的煤样，经破碎筛分出60-80目粉末，烘干24小时，称重后装人可压实的夹持器，调整煤粉的压实程度，使其密度与煤体试样密度一致。
（二）实验装置主要实验装置为美国产OPP-1型高压孔渗仪，核心部件试样夹持器为拟三轴压力型，可测定不同围压条件下的孔隙度及渗透率。
主要实验步骤按石油行业标准相关测定方法进行。
（三）实验步骤（1）有效覆压对煤层试样渗透率的影响——保持气体压力为定值，改变有效围压，研究有效围压对渗透率的影响；（2）气体压力对煤层试样渗透率的影响——保持有效围压为定值，研究气体压力变化对渗透率的影响；（3）模拟煤层气开采过程，研究渗透率的变化，保持有效围压14MPa，在气体压力10MPa 下测定渗透率；然后降低气体压力，测定不同气体压力下渗透率；（4）不同气体通过煤层试样的渗透率比较；（5）煤层试样与煤粉试样渗透率的比较；（6）温度对煤层试样渗透率的影响，围压保持14MPa不变，在室温(20℃)和50℃下测定同一试样的渗透率。
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