考虑滑脱效应的煤层气渗流数学模型及数值模拟

卷(Volume)19,期(Number)1,总(Total)75矿物岩石 页(Pages )43-48,1999,3,(M ar ,1999)J M INE RAL PET ROL 煤层气藏三维数值模拟冯文光1　梅世昕2　侯鸿斌2　羊裔常1(1　成都理工学院石油系,成都　610059)(2　华北石油地质局,郑州　450007)【摘　要】　本文根据煤的储气特征、煤层气的吸附特征、排水降压解吸产气机理建立了煤层气藏数学模型和三维全隐式差分模型,采用最佳变松驰求解,收敛度快,稳定性好。

【关键词】　煤层气　解吸　数值模拟　最佳变松驰法　全隐式中图法分类号:T E 319ISSN 1001-6872(1999)01-0043-48;　C ODEN:KUYAE2收稿日期(M anuscript received):1998-12-10　改回日期(Accepted for publication):1999-02-05第一作者简介:冯文光　男　51岁　教授(博士导师)　油藏工程专业　研究方向:油气田开发、数值模拟,试井分析及煤层气藏0　引　言在地下煤层形成过程中,生成大量的天然气,一部分以游离状态通过运移、聚集形成常规天然气藏;另一部分以吸附状态为主储存在煤层的孔隙中,这种储存在煤层气中以甲烷为主的天然气称煤层气,或煤层瓦斯。

60年代和70年代初,美国矿业局为改善煤矿安全,对煤层气做了大量的研究工作。

70年代末,煤层气的开发利用还没有被引起重视,甚至把以煤层气作为商品的少数企业家视为“疯了”。

美国1977年开采煤气以来,开采井数成倍增加,年产煤层气产量倍增。

1989年美国已有400口井生产,年产量逾20×108m 3。

1992年美国煤层气年产量达200×108m 3。

我国煤层气蕴藏量十分丰富,与常规天然气蕴藏量相近,华北石油地质局自1986年以来,进行了多项攻关研究。

然而煤层气这一巨大而洁净的资源在我国至今尚未被开发和利用。

大倾角煤层浅部露出区煤层气溢出问题数值仿真模拟王洪利;张遂安;黄红星;张潇【期刊名称】《煤炭科学技术》【年(卷),期】2022(50)10【摘要】中国新疆阜康白杨河矿区42号煤层倾角大,浅部煤系地层露出,为研究煤层气从该区域溢出问题,防止煤层气资源浪费,基于大倾角煤层中气-水分异现象,修正了大倾角煤层三维气-水两相渗流模型,结合阜康白杨河矿区42号煤层实际地质资料与历史拟合储层再描述,展开了大倾角煤层浅部露出区煤层气溢出问题数值模拟仿真研究。

研究结果表明:大倾角煤层浅部露出区煤层气溢出问题的存在;埋深300、500和700 m直井生产15 a累计溢出量分别为1.02×10^(5)、1.08×10^(7)以及1.33×10^(7) m^(3),和产量比值分别是5.06%、668.02%以及335.77%,直井生产时会造成大量的煤层气资源浪费;溢出现象并非伴随整个生产周期,溢出量先增后降直到溢出现象结束,使用顺层井生产时可以完整观测这一过程,溢出现象持续了1918 d,日溢出量上升和下降过程近似对称,累计溢出量为7.18×10^(5) m^(3),和累计产气量比值为1.54%。

补充400 m和600 m埋深直井模拟方案后,发现煤层气最大溢出量和累计溢出量与直井埋深呈正相关线性关系,而溢出现象开始时间随着埋深增加逐渐提前,500 m以深溢出现象开始时间保持不变。

综合分析煤层气溢出现象是造成该区直井产能较差的原因之一,使用顺层井排采能有效提高经济效益和降低煤层气溢出现象。

【总页数】8页(P143-150)【作者】王洪利;张遂安;黄红星;张潇【作者单位】中国石油大学(北京)石油工程学院;中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司;煤层气开发利用国家工程研究中心;中国石油大学(北京)理学院【正文语种】中文【中图分类】TD713【相关文献】1.煤层气羽状水平井数值模拟技术在大宁煤层气试验区的应用2.基于Matlab的大倾角煤层飞矸冲击后果数值模拟3.大倾角煤层开采覆岩移动及应力变化数值模拟分析4.煤层倾角对煤层气水平井产能影响的数值模拟5.厚煤层大倾角煤顶下掘进围岩控制数值模拟研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

温度作用下煤层瓦斯解吸渗流规律数值模拟
张永利;张乐乐;马玉林;王金铜
【期刊名称】《防灾减灾工程学报》
【年(卷),期】2014(34)6
【摘要】如何提高煤层气渗透率是目前煤层气开采研究中的重要课题。

基于煤层瓦斯渗流规律数学模型,利用COMSOL Multiphysics软件,对流-固-热耦合条件下的非等温煤层气解吸、渗流变化规律进行了数值模拟。

结果表明,在注热条件下,煤层气渗流压力随着温度的增加而下降,且下降速度加剧,压力差越大,气体从高压区域流向低压区域的渗流速度越快。

气体在煤层中径向流向井口,井口附近压力的梯度增大,气体渗流速度较快;在未受到加热影响的区域,煤层气不受外加热量影响,煤层气解吸速率保持不变;注热后煤层温度升高,可以加快煤层气渗流速度、提高渗透率、增加煤层气产量。

研究成果可为煤层中注热开采煤层气的工程实践提供相应的理论依据。

【总页数】7页(P671-677)
【作者】张永利;张乐乐;马玉林;王金铜
【作者单位】辽宁工程技术大学力学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TD8
【相关文献】
1.超声热效应促进煤层瓦斯解吸扩散数值模拟
2.厚关键层下突出煤层煤岩瓦斯卸压规律数值模拟研究
3.变温条件下深部煤层瓦斯分布规律的数值模拟
4.粒径-温度耦合作用下煤中瓦斯解吸规律试验研究
5.倾斜高瓦斯煤层抽采条件下采空区漏风规律数值模拟
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率的演化规律，证明了 Ｋｌｉｎｋｅｎｂｅｒｇ效应对促进低渗 透煤层瓦斯运移作用显著，随着瓦斯压力减小，瓦斯
抽采效率明显提高。
为了从本质上更加清楚地认识 Ｋｌｉｎｋｅｎｂｅｒｇ效
应对气体渗流的影响，在前人研究［９１１］的基础上，本 文基于渗流力 学 理 论［１２］，推 导 出 了 考 虑 气 体 可 压 缩
并将其应用 于 单 一 钻 孔 的 瓦 斯 抽 采 数 值 模 型，对 比
分析了 Ｋｌｉｎｋｅｎｂｅｒｇ效应对瓦斯压力、渗透率和孔隙 率动态变 化 的 影 响 规 律；刘 清 泉 等［８］建 立 了 煤 体 孔
隙裂隙二重介质 ＰＭ 渗透模型，模拟分析了深部首 采层顺层钻孔预抽消突过程中煤层瓦斯压力及渗透
第１３卷 第３期 ２０１８年２月
中国科技论文 ＣＨＩＮＡＳＣＩＥＮＣＥＰＡＰＥＲ
Ｖｏｌ．１３Ｎｏ．３ Ｆｅｂ．２０１８
考虑 犓犾犻狀犽犲狀犫犲狉犵效应的多孔介质气体渗流模型
茹忠亮１，２，简 阔１，２，马国胜１
（１．山西省晋城市质量技术监督检验测试所，山西晋城 ０４８０００；２．太原科技大学资源与能源学院，山西晋城 ０４８０００）
多孔介 质 中 气 体 渗 流 机 理 是 天 然 气、煤 层 气 抽 采工程中最基础的科学问题。页岩气、煤层气、致密
砂岩气等非常规天然气的储层均为致密多孔介质，
以微米及纳米级孔隙为主，储层渗透率低著［１３］。Ｋｌｉｎｋｅｎｂｅｒｇ 效应 也 称 为 气 体 渗 流 滑 脱 效 应，１９４１ 年 Ｋｌｉｎｋｅｎ ｂｅｒｇ［４］提出多孔介质中气体的滑脱效应会影响其渗 透率，并给出了渗透率与气体压力之间的关系，很多 学者对此现象进行了研究。刘圣鑫等［５］通过计算分
性及 Ｋｌｉｎｋｅｎｂｅｒｇ效应的多孔介质气体渗流数学模 型，给出了压 力 边 界 条 件 和 流 量 边 界 条 件 下 多 孔 介 质气体渗流 方 程 的 解 析 解，并 结 合 数 值 算 法 对 所 得 结果进行验证，分析了 Ｋｌｉｎｋｅｎｂｅｒｇ效应对气体渗流 的影响。

( 2)
图 1 有侧向流入的水平井流模 型简图 Fig 1 Schematic of horizontal well model with side flow
A 为水平井断面面积。根据动量定理 , 可得到 x 长
度水平井流体的运动方程 ( P 1 - P 2) A 式中 S x =
2 A ( U2 2 - U1 ) +
图3
层流压强水头变化
图4
层流流速变化
Fig 3 Pressure head variation of side flow
表 1 模型参数 Table 1 Parameter values of model
参数 模型长度 模型宽度 模型高度 模型顶部水头 孔隙渗透系数 取值 400 cm 50 cm 105 cm 110 cm 4 103cm/ d 参数 管道长度 管道直径 管道当量粗糙度 管道糙率 迭代精度 取值 400 cm 10 cm 0 6 cm 0 015 10 7
[ 22 23]
( 8) 为修正后的摩擦系数。另外, 在层流时也 ( 9)
常用到 Ouyang Liang Biao 提出的摩擦系数经验修正公式 0 6142 = ( 1 + 0 043 04Rew ) 式中 Rew 为管壁雷诺数
[ 23]
。
第 6期
董贵明 , 等 : 渗流 水平 井流耦合数学模型和数值模拟
摘要 : 在有侧向流入 ( 流出 ) 的水平井流运动和连续性方程的基础上 , 建立了渗流与水平井流耦合数学 模型 , 主要针 对混合水头损失问题 , 进行了渗流与水平井流耦合数值计算 , 分 析了常用的 摩擦系数 修正方法对 计算结果的 影响。 数值模拟计算表明 : 层流或者光滑紊流流态时 , 不同的摩擦系数修正方法对结果影响较 小 ; 粗糙 紊流流态时 , 不同 的摩擦系数修正方法对结果影响较大。当水平井流是层流 光滑紊流流 态时 , 使用了 一种新 的流态 分界点识 别方法 对水平井流态进行判断 , 计算结果证实了方法的可靠性、合理性。 关 键 词 : 渗流 水平井流耦合模型 ; 数值模拟 ; 流态 ; 水头损失 ; 摩擦系数 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 6791( 2009) 06 0830 08

煤矿采空区瓦斯渗流规律及其数值模拟研究煤矿采空区上覆岩层结构和移动规律分析综放工艺在开采高含量瓦斯厚煤层的推广应用中之所以遇到困难，往往是由于综放面上隅角瓦斯易超限，从而被迫断电撤人、中断生产所导致的。

上隅角瓦斯的主要来源一是工作面煤壁释放出的瓦斯，二是采煤工作面新采落下来的煤炭中散发出来的瓦斯，三是从采空区涌出的瓦斯，其中采空区涌出瓦斯是主要的来源。

由于采动影响在采动断裂带形成的破断裂隙和离层裂隙，采动裂隙网络与采空区相连通形成采动断裂带，由于瓦斯的升浮、扩散和渗透作用，在采动断裂带形成瓦斯富集区，这是瓦斯抽采的重点区域。

因此，要研究采空区内瓦斯的渗流规律，有必要先研究采空区岩体的垮落特征，按照采场覆岩横向采动特征，将采空区按照自然堆积区、载荷影响区和压实稳定区在横向进行划分，弄清各区碎胀系数、空隙率的分布特点；研究采空区上覆岩层采动断裂带的高度、碎胀系数及空隙率等特征，以便较全面地分析和研究采空区内空气—瓦斯混合气体在冒落带和采动断裂带内的渗流规律。

采空区瓦斯流场数学模型研究煤矿采空区内的瓦斯流动情况，建立起瓦斯流场的数学模型，对于认识采空区内瓦斯的真实流动状况以及对于进行数值模拟都有重要的基础意义。

垮落带之上的采动断裂带，在存在破断裂隙和离层裂隙相互贯通的同时，煤岩体内的裂隙还会与综放采场和采空区连通。

研究瓦斯在采动断裂带内的渗流、升浮和扩散原理，可以为解释采动断裂带是瓦斯聚集带，为其内布置钻孔抽采、巷道排放等瓦斯治理技术提供科学依据。

求解方法的选择FLUENT提供三种不同的解格式：分离解；隐式耦合解；显式耦合解。

三种解法都可以在很大流动范围内提供准确的结果，但是它们也各有优缺点。

分离解和耦合解方法的区别在于，连续性方程、动量方程、能量方程以及组分方程的解的步骤不同，分离解是按顺序解，耦合解是同时解。

两种解法都是最后解附加的标量方程（比如：湍流或辐射）。

隐式解法和显式解法的区别在于线化耦合方程的方式不同。

CMG煤层气数值模拟软件介绍加拿大计算机模拟软件集团煤层气模拟的基本概念 层气模拟 本概2煤层构造和煤层气流动机理Š 原生孔隙：基质 Š 次生孔隙：割理（裂缝）3煤层中的流动状态CH4 CO2 N2ˆ ˆ ˆ ˆ煤层气 次开采 煤层气一次开采 CO2 提高采收率 (CO2-ECBM) N2 提高采收率 (N2-ECBM) 烟道气提高采收率4煤层气一次开采机理ˆ ˆ ˆ 通过排水降低割理压力 煤层气从基质中解吸附出来 扩散到节理/裂缝当中 煤层气从基质中解吸附出来，扩散到节理 煤层气和水流动到井筒 在裂缝中为达西流动 • 面割理和端割理 • 面割理和端割理的垂直连接部分 Š 在大型裂缝中的达西流动或者管流 • 大型节理 大型 • 次生裂缝z1ˆŠ 在生产油管和井筒中的管流 裂缝渗透率受基质影响CH4Coal Matrix煤层割理和裂缝CH4 CH4 H2O CH45CH4CH4Slide 5 z1zll, 2012-3-14提高煤层气采收率机理ECBM烟道气CO2分离 注入N2N2 CH4 出售煤 深部煤层绿色电厂CO2CH4CH4CH4• 提高煤层气采收率 • 温室气体( (GHG) )封存6煤层属性：多重孔隙度系统ˆ 原生孔隙度系统（煤层基质）Š 微孔隙度 (< 2 nm) Š 中孔隙度 (2 – 50 nm)+ Š 非常低的流通能力：渗透率在微达西范围 Š 只有扩散流动ˆ 次生孔隙度系统（煤层节理）Š 宏观孔隙度 (> 50 nm) Š 天然裂缝 Š 更强的流通能力：渗透率在毫达西范围 Š 达西流动7在GEM中煤作为多重孔隙系统ˆ 需要多重孔隙度模型Š例如 DUALPOR SHAPE GK在裂缝（割理）系统中为标准的达西流动ˆ裂缝间距, I,J,K IJK例如 DIFRAC CON 0.2 或 DIFRAC ALL arrayŠ Š Š ŠMATRIX 表示基质系统 FRACTURE 表示裂缝系统 基质中允许非达西流动 煤层气从基质扩散到裂缝（注意：如果基质渗透率被指定为0，那么基质到裂缝之间没有流动。

(1)
采用实验模拟了加载和卸载
[7]
三维应力下煤层气的渗流运移过程；徐剑良等 研 究了煤层气开采过程中的煤岩变形与渗流运移的关 系。但以往研究中的渗流方程大多未能将地应力和 地温列入方程进行计算，缺乏实验中应力与原岩地 应力的联系过程。 目前以重庆大学为代表，地球物理场中煤层气
式中： 为流动甲烷密度(g/cm3)； vx ， v y ， vz 分别 为直角坐标系中 x ，y ，z 方向上甲烷流动速度(cm/s)；
， 9]
，但均未进行实验
1
引
言
测试和计算检验，同时部分参数的计算方法上尚存 在一些不足，如王宏图等[9]得到的应力和温度理论 上同时为 0 时的初始渗透率与实验存在较大误差。 温度与渗透率的关系至今仍然没有统一的认识，甚 至有相反的结论， 如贺玉龙等[10 度升高而降低，而梁 冰等 出统一的合理解释。 针对目前地球物理场中煤层气渗流运移理论及 实验中存在的不足，本研究将地应力和地温列入计 算，建立了新的煤层气渗流控制方程，并进行了考 虑温度和应力的各项实验测试。以重庆沥鼻峡矿区 为研究目标区，根据测试参数，结合实际地质资料， 进行了地球物理场中煤层气渗流方程的一维、二维 数值模拟。尝试考虑地温和地应力因素，动态反映 煤层气渗流运移能力对煤层气储集和富集能力的影 响，希望寻找到提高抽采率的有效途径。
收稿日期：2008–03–22；修回日期：2008–07–20 基金项目：国家自然科学基金创新研究群体科学基金项目(50621403)；重庆市院士基金专项资助项目(CSTC2005AB007)；中国博士后科学基金资助项 目(2005037020) 作者简介：李志强(1975–)，男，1999 年毕业于焦作工学院采矿工程系矿山通风与安全专业，现为博士研究生，主要从事煤层气开发及矿井瓦斯防治 等方面的研究工作。E-mail：maximos592@

气体滑脱效应对一种简单多孔介质模型渗透率影响的理论分析1)柴振华*,2)，施保昌*，郭照立+*（华中科技大学数学与统计学院，武汉430074）+（华中科技大学煤燃烧国家重点实验室，武汉430074)摘要：在低压条件下，多孔介质内的气体流动经常伴随有滑脱效应的出现。

作为一种“特殊”的物理现象，气体滑脱效应在工程与科学当中具有重要的研究价值与现实意义。

在过去的几十年里，许多学者对简单多孔介质模型的渗透率进行了大量的理论、实验与数值研究，然而，考虑气体滑脱效应对渗透率影响的研究却鲜有报道。

本文将从理论分析的角度来考察滑脱效应对正方形排列的圆柱多孔介质模型渗透率的影响。

利用一阶滑移边界条件，并借助单元模型和润滑理论，本文给出了该多孔介质模型在高孔隙率与低孔隙率下的渗透率，并将其与已有结果进行了对比。

关键词：滑脱效应；渗透率；正方形排列的圆柱多孔介质；孔隙率引言多孔介质内的气体流动由于其在工程与科学当中的广泛应用而收到国内外很多学者的普遍关注[1-3]。

通常情况下，多孔介质内的低速气体流动遵循经典的达西定律，,K U P μ=-∇(1)其中U 为平均速度，μ为流体的动力学粘性系数，P ∇为沿流动方向压力梯度，K 为多孔介质的渗透率。

实际中，渗透率是渗流中最重要的一个物理参数，且需要在使用达西定律之前确定，为此，如何确定渗透率也成为渗流领域的一个重要科学问题。

然而，由于多孔介质的复杂空隙结构，已有结果大多都是一些经验公式[1,3]。

为了得到渗透率的理论表达式，一些学者研究了部分理想的多孔介质模型，并给出了相关的理论表达式[1-4]。

作为一种特殊的理想多孔介质模型，正方形排列的圆柱（如图1）由于其规则性而受到很多学者的关注[2-4]。

1959年，基于单元模型，并借助零剪切力边界条件（Cell model ），Happel 研究了通过正方形圆柱的Stokes 流动，进而得到了渗透率的解析表达式[5]22211ln ,321p K D φφφφ⎛⎫-=-+ ⎪+⎝⎭(2)其中p D 为圆柱的直径，φ为固体所在百分比。

应 力作用下煤层气非稳 定耦合渗流模型及数值模拟
狄 军 贞 殷 志 祥 ０刘建 军 ， ，
（． １ 辽宁 工 程 技 术 大 学 土建 学 院 ， 宁 阜 新 １３ ０ ；． 汉 工 业 学 院 多孔 介 质 力 学 研 究所 ， 北 武 汉 ４０ ２ ； 辽 ２ ０ ０ ２武 湖 ３ ０ ３ ３辽 宁 工 程技 术 大 学 实 验试 训 中心 ， 宁 阜 新 １３ ０ ：Ｐ １．１Ｔ ８ ５ ６ ８１ ；Ｄ ４
文献标识码：Ａ
众 所周 知 ． 煤储 层是 由煤体 骨架 、 煤层气 与水 所 共 同构 成 的三相介 质系 统 ，煤 层气 主要 以吸 附状 态
存 在于 煤 的内表 面 。 在煤 层气 开发之 前 ， 只有将煤 割
１ １应 力场 方程 ．
其 中 ， 为有效 应力 ， 为 总应力 ， Ｐ为孔 隙 流 体压 力 ， Ｋ ｏ ｅ ｅ 张量 ６ 为 ｒｎ ｋ ｒ
作者简介 ： 狄军贞 （９ ９ ， ， １ ７ 一） 男 甘肃甘谷人 ， 辽宁Ｔ程技术大学土木
建 筑 丁 程 学 院在 职博 士 研 究 生 ， 师 。 讲 主要 研 究 方 向 ： 多孔 介 质 渗 流力 学 与 水 污 染 防 治 。
用 为低 述 线 渗 流 速 度 … 方 稃 为 ： ， ： 一 （） １ （ ， — ， Ｇ） （） ６
运移 属 于气一 固耦合 问题 ，而该 问题 要用 气 一 固耦
合方 程来描 述 。 在建立 方程前 首先 引入 几个假设 ： ① 煤岩 体 是 各 向同 性 的线 弹性 材 料 ；② 煤 层 气 满 足
维普资讯
第 １ 卷 ４期 ９ ２０ ０ ７年 ８月
文章编 号 ：０４ ９ ７ （０ ７０ —０ ６ ０ １０ — １７ ２０ ）４ ０３ — ３

煤层气扩散—渗流机理的研究摘要Ｉ本文首先概述了国内外煤层气开发和利用现状和国内外对煤层气运移机理的研究现状。

进而论述了煤体孔隙和裂隙结构特征、煤体瓦斯吸附和解吸特性以及孔隙瓦斯对煤体结构特性的影响。

接着用容量法实验测试了块煤煤样吸附和解吸扩散动力过程，对实验现象和结果进行了分析处理。

得出块煤瓦斯吸附过程也是一个扩散一渗流过程，对比分析了块煤与煤粒解吸扩散过程的不同之处。

然后以扩散和渗流理论为基础，进一步分析了煤层气在孔隙和裂隙二重介质中的扩散一渗流规律，建立了煤层气扩散一渗流物理数学模型。

该模型充分考虑了扩散系统及渗流系统与吸附平衡之间的关系，以及两系统之间的质交换关系。

并对煤层气扩散一渗流偏微分方程进行了理论上的推导。

对第三类边界条件下的扩散系统的扩散方程推导出了其解析解；渗流系统的渗流方程通过建立差分格式，借助计算机解算出方程的数值解，并对方程进行因次分析无量纲化，得出具有普遍意义一维瓦斯平行流动有限流场准数曲线。

最后，对扩散一渗流偏微分方程进行了数值模拟应用。

关键词煤层气渗流扩散数值模拟２ＴｈｅＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＤｉｆｆｎｓｉｏｎ＆ｎｄＰｅｌ翟ｅ８ｔｉｏｎ誓毒ｃｌｌａｎｉ锄ｏｆＣＤ８１ｂｅｄ越９ｔＡ８ｎｅＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｐａｐｅｒｓｕ衄ａｒｉｚｅｄｔｈｅａｃｔａｕｌｉｔｙｏｆｅｘＤｌｏｒｔａｔｉｏｎａｎｄｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＣｏａｌｂｅｄＭｅｔｈａｎｅａｎｄｔｈｅｆｌｕｘｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＣｏａｌｂｅｄＭｅｔｈａｎｅ，ｉｎＣｈｉｎａａｎｄｏｕｔＣｈｉｎａ。

Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｉｔｓｔａｔｅｄｔｈｅｔｙｐｉｃａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｏｒｅａｎｄｆｉｓｓｕｒｅｏｆｃｏａｌ，ｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｏｆａｂｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆＣｏａｌｂｅｄＭｅｔｈａｎｅａｎｄｔｈｅａｆｆｅｃｔｏｆｃｏａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｏｎｅｂｙＣｏａｌｂｅｄＭｅｔｈａｎｅ。

［5 ］
其中，D m 为多孔介质平均粒子直径，m。 2. 2 采空区渗流率分布 据岩层移动规律和 O 形圈理论， 采空区中央 呈 O 形一样的压实区， 碎胀系数较小， 越靠近采 空区边界越大； 采空区走向和倾向的顶板垮落相 似。不考虑煤层倾角影响，采空区冒落情况沿工作 面中部 对 称， 采 空 区 3 个 区 的 平 面 范 围 如 图 2 所示。
Analysis on Seepage Features in Goaf and Numerical Simulation Prediction of Flow Field
2 2 2 2 LU Cunrong1， ，YANG Shengqiang1， ，GUO Xiao － yu1， ，LI Wei1，
数 K p 、渗透率 e。孔隙率与碎胀系数的关系为 n = 1 － 1 / Kp 56 （ 1） 由 Blake － Kozeny 公式， 渗透率与孔隙率的关
鹿存荣等： 采空区渗流特性分析及其流场数值模拟预测
2011 年第 9 期
影响变化，距离压实区越近，碎胀系数越小。 3 ） 采空区中部压实区。根据 O 形圈理论， 压 实区近似为一椭抛体，由于顶板周期冒落，压实区 包络线 （ 不考虑采空区高度的二维平面 ） 近似为 一矩形和 2 个椭圆形半圆合成的边界。在开切眼和 工作面支架附近为半椭圆形，在两巷为一直线。一 般采空区深部对所研究的问题影响不大 ，所以取值 固定，该区域煤岩平均碎胀系数为 K pc 。
Abstract： In order to solve the spontaneous combustion firing in the goaf of the spontaneous combustion and high gassy seam and the upper corner gas over limits problems occurred by the high gas emission quantity， in combination with the O ring theory， the seepage features of the goaf was analyzed． With the introduction of the Ergum single phase current semi － experience nonlinear seepage formula，in combination with the continuity equation，the momentum equation and the gas dynamic dispersion equation，a seepage model of the flow field in the goaf was established． With the Fluent software，in combination with the certain cases，the air flow velocity field and the gas density field in the goaf was simulated，predicted and analyzed． The simulation results showed that according to the O ring theory and the seepage model，the simulation results of the Fluent software could meet the actual conditions with related measures set up the safety hidden peril could be eliminated in advance． Key words： goaf； seepage features； porous medium； O ring theory； Ergun formula； numerical simulation； gas control

创新技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald32我国煤层普遍具有低渗透率、低孔隙度、低储层压力的“三低”特点，当气体在低渗多孔隙介质中低速渗流时，气体渗流的主要物理特征是具有“滑脱效应”。

滑脱效应是气体在低渗多孔介质中流动时产生的一种分子滑移现象。

其本质是由于气体分子平均自由程和流体通道在一个数量级上，气体分子就与通道壁相互碰撞，从而造成气体分子沿孔隙表面滑移，在宏观上表现为气体在孔道固壁面上具有非零速度，气测渗透率大于液体渗透率。

滑脱效应作为影响低渗储层渗透率的重要因素，目前已引起了人们的重视。

近年来，一些学者利用理论和实验的方法研究低渗天然气藏的滑脱效应，但对于低渗煤层气藏的气体滑脱效应研究较少，由于煤层气和天然气的赋存介质的力学特性不同，煤层气低渗规律存在一定差异，导致低渗煤层气藏的开发缺乏深厚的理论基础。

本文涉及对象以煤层气藏为主，低渗天然气藏为辅，对我国滑脱效应影响因素研究进行综述，为后续研究提供一些参考。

1 滑脱效应及其影响因素研究述评1.1 水饱和度对滑脱效应的影响由于地面钻井压裂技术开发煤层气过程中，钻井开采带来的钻井液、完井液及酸化、压裂液等外来流体侵入储层后，导致储层的水饱和度增加，储层渗透率降低，致使滑脱效应对渗透率的影响显著，气体运移规律复杂，出现抽采困难等问题。

故水饱和度是在煤层气开采过程中影响滑脱效应的重要因素之一，目前研究结论存在争论。

水饱和度对滑脱效应的影响首先是在低渗天然气藏中提出的。

Rose、Fu lt o n、R u s h i n g 等人先后通过砂岩岩心实验，得到在一定的束缚水饱和度下，滑脱效应随着含水饱和度的增加而降低的结论[1]；但K e w e n Li、李宁等人却得到了与前人相反的结论，即气体滑脱因子b随含水饱和度的增加而增加，并随气体固有有效渗透率的减小而增加[2]。

随后我国学者对低渗透煤储集层煤样进行实验时，得出滑脱在低围压（2～6 M P a ）条件下，滑脱系数b 随着水饱和度的增加而增大；在高围压（8～10 M Pa）条件下，滑脱系数b 随着水饱和度的增大而降低，且上述关系为满足一次线性拟合关系[3]。

考虑滑脱效应的低渗气藏不稳定渗流特征张小龙【摘要】低渗低压气藏渗流过程中存在气体滑脱效应,作为气藏开发过程中的有利因素其影响不能忽略.在考虑气体滑脱效应的基础上,建立了低渗透气藏不稳定渗流模型,通过模型求解和Stehfest数值反演方法获得了模型的实空间解,在此基础上,实例分析了滑脱效应对低渗透气藏不稳定渗流压力动态特征的影响.研究结果表明气井定产量生产时,滑脱效应越强,地层压力降低越小,压降漏斗越平缓,地层能量衰竭越缓慢,在近井地带及低压区影响尤为显著.【期刊名称】《油气藏评价与开发》【年(卷),期】2015(005)006【总页数】4页(P16-19)【关键词】滑脱效应;低渗透气藏;渗流模型;压力动态【作者】张小龙【作者单位】中海石油(中国)有限公司上海分公司,上海200030【正文语种】中文【中图分类】TE375气体在低渗透孔隙介质中低速渗流时存在滑脱效应，其本质在于气体分子与孔道固璧的作用导致气体在孔道固璧附近的气体分子处于运动状态，并且贡献一个附加通量，在宏观上表现为气体在孔道固璧面上的速度不为零，导致气测渗透率大于液测渗透率，气体的渗流能力增强[1-3]。

作为气藏开发过程中的一个有利因素，对低渗透气藏非线性渗流规律的影响不能忽略，国内外很多学者对滑脱效应的形成机理，影响因素及对气井稳态产能的影响等研究较多[4-10]，对考虑滑脱效应的低渗气藏不稳定渗流的研究甚少。

笔者在考虑气体滑脱效应的基础上，建立了低渗透气藏不稳定渗流模型，并对模型进行了求解，通过实例分析了滑脱效应对低渗透气藏不稳定渗流压力动态特征的影响，对加深滑脱效应对低渗气藏不稳定渗流机理的研究与认识有一定的借鉴意义。

1.1 模型的建立不稳定渗流基本假设条件如下：1）储层为均质等厚，各向同性无限大地层，气井定产量生产。

2）储层中流体为单相气体，且作平面径向等温低速非线性渗流。

3）考虑气体滑脱效应的影响，孔隙介质可压缩，孔隙度随压力发生变化。

考虑渗透率变化的煤层气储层数值模拟及参数敏感性研究张艳玉;尚凡杰;孙晓飞;李素芹;孙仁远【期刊名称】《中国煤炭地质》【年(卷),期】2012(024)004【摘要】煤层气开采过程中储层渗透率的变化对产气量影响较大,通过引入S＆D 渗透率变化模型,建立了考虑渗透率变化的煤储层三维气水两相渗流数学模型,完成模型检验后应用所编制软件研究了煤储层参数、吸附参数及渗透率模型特征参数对开发效果的影响.结果表明,煤层气产量随着初始含气量、煤层有效厚度、裂缝渗透率和Langmuir 压力的增大而增大,随储层原始压力、裂缝孔隙度和Langmuir体积的增大而减小,而解吸时间对产气量影响不大;裂缝渗透率随着杨氏模量和基质收缩/膨胀系数的增大而增大,随泊松比和裂缝压缩系数的增大而减小.引入S&D模型后计算的累积产气量要比常规模型低1.3％,因此不可忽视煤层气产出过程中渗透率的变化.【总页数】6页(P18-23)【作者】张艳玉;尚凡杰;孙晓飞;李素芹;孙仁远【作者单位】中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266555;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266555;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266555;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266555;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266555【正文语种】中文【中图分类】TE319【相关文献】1.煤层气储层三维渗透率变化规律实验研究 [J], 裴柏林2.煤层气井排采时储层渗透率变化特征研究 [J], 郭徽;房新亮;王雪颖;郑龙3.煤层气储层渗透率动态变化规律研究综述 [J], 尹锦涛;孙建博;刘刚;徐杰4.煤层气储层渗透率动态变化规律研究综述 [J], 尹锦涛;孙建博;刘刚;徐杰;5.高煤级煤储层渗透率在煤层气排采中的动态变化数值模拟 [J], 陈金刚;秦勇;傅雪海因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｄｉｓａｓｔｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ，４０００４４，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｓｅｅｐａｇｅ ｏｆ ｃｏａｌ ｓａｍｐｌｅｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｅａｃｈ ｓｉｎｇｌｅ ｆａｃｔｏｒ，ｔｈｅ ａｘｉａｌ ｓｔｒｅｓｓ，ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｇａｓ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｂｙ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ｉｔ ｕｓｅｓ Ａｎｓｙｓ１２．０ｔｏ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ－ ｌｙ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｌａｗ ｏｆ ｃｏａｌｂｅｄ ｍｅｔｈａｎｅ ｓｅｅｐａｇｅ，ｃｏａｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｐｏｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｅａｃｈ ｓｉｎｇｌｅ ｆｉｅｌｄ ａｎｄ ｍｕｌｔｉ－ｆｉｅｌｄ ｃｏｕｐｌｅｄ．Ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｇａｓ ｓｅｅｐａｇｅ ｌａｗ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｕｎｄｅｒ ｅａｃｈ ｓｉｎｇｌｅ ｆｉｅｌｄｓ ｉｓ ｂａｓｉｃａｌｌｙ ｔｈｅ ｓａｍｅ ａｓ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔ．Ｔｈｅ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｇａｓ ｓｅｅｐａｇｅ ａｎｄ ａｖｅｒａｇｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｔｒｅｓｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉ－ｆｉｅｌｄ ｃｏｕｐｌｅｄ ｉｓ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ．Ｓｔｒｅｓｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉ－ ｍｅｎ ｉｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｓｅｅｐａｇｅ ｆｉｅｌｄ．Ｔｈｅ ａｘｉａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎ ｉｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ ｐｒｅｓｓｅｓ Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ｂｙ ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ａｘｉａｌ ｓｔｒｅｓｓ，ｔｈｅ ｉｎ－ ｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ａｘｉａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐｏｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｐｏｒｅ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ａｃ－ ｔｉｏｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉ－ｆｉｅｌｄ ｉｓ ｂｉｇｇｅｒ ｔｈａｎ ｐｒｏ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｕｎｄｅｒ ｅａｃｈ ｓｉｎｇｌｅ ｆｉｅｌｄ．Ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｓｅｅｐａｇｅ ｌａｗ ｏｆ ｃｏａｌｂｅｄ ｍｅｔｈａｎｅ，ｉｔ ｓｈｏｕｌｄ ｃｏｎｓｉｄｅｒ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｇａｓ－ｓｏｌｉｄ－ｈｅａｔ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏａｌｂｅｄ ｍｅｔｈａｎｅ；ｓｔｒｅｓｓ ｆｉｅｌｄ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ；ｓｅｅｐａｇｅ ｆｉｅｌｄ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

第31卷第2期2019年4月岩性油气藏LITHOLOGIC RESERVOIRSV ol.31No.2Apr.2019收稿日期：2018-10-31；修回日期：2018-12-22；网络发表日期：2019-01-25基金项目：“十三五”国家重大科技专项“海上油田化学驱油技术”（编号：2016ZX05025-003）和中海石油（中国）有限公司重大项目“渤海油田化学驱提高采收率技术”（编号：CNOOC-KJ135ZDXM36TJ02ZY ）联合资助作者简介：未志杰（1984—），男，博士，工程师，主要从事海上油气田提高采收率方面的研究工作。

地址：（100028）北京市朝阳区太阳宫南街6号院中海油大厦B 座710室。

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文章编号：1673-8926（2019）02-0151-08DOI ：10.12108/yxyqc.20190217引用：未志杰，康晓东，刘玉洋，等.煤层气藏全流固耦合数学模型.岩性油气藏，2019，31（2）：151-158.Cite ：WEI Z J ，KANG X D ，LIU Y Y ，et al.A fully coupled fluid flow and geomechanics model for coalbed methane reservoir.Litho -logic Reservoirs ，2019，31（2）：151-158.煤层气藏全流固耦合数学模型未志杰1，2，康晓东1，2，刘玉洋1，2，曾杨1，2（1.海洋石油高效开发国家重点实验室，北京100028；2.中海油研究总院有限责任公司，北京100028）摘要：为准确表征煤层复杂的地质力学效应，根据多重孔隙介质力学特征和多过程运移特点，来构建煤层气藏三孔双渗全流固耦合数学模型，并基于所研发的全隐式有限体积数值模拟器，进一步研究地质力学效应对孔渗参数和煤层气产能的影响。