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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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。

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。