粗糙割理中煤層氣運(yùn)移規(guī)律及排采井間的干擾方式.pdf

1、鑒于當(dāng)前全國(guó)范圍內(nèi)頻繁的瓦斯爆炸事故、嚴(yán)重的環(huán)境污染等重大問(wèn)題，作為一種新型潔凈能源，煤層氣(CBM)的開(kāi)發(fā)利用就成為了一項(xiàng)重大而又意義深遠(yuǎn)的工作。
　　但因煤巖介質(zhì)是一種二元孔隙結(jié)構(gòu)，其中割理/裂隙端面幾何及基質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)均異常復(fù)雜，表現(xiàn)出分形特征。而割理/裂隙網(wǎng)絡(luò)作為煤層氣運(yùn)移的主要通道，其幾何形貌對(duì)流體的運(yùn)移的影響顯著。因此探明粗糙割理中流體的運(yùn)移控制機(jī)理是實(shí)現(xiàn)煤層氣開(kāi)采潛能科學(xué)評(píng)估及開(kāi)采工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本前提，具有重要的理論

2、意義及實(shí)用價(jià)值。
　　然而，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、常規(guī)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試手段及經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式往往是基于宏觀層面的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，內(nèi)蘊(yùn)平穩(wěn)、連續(xù)假設(shè)且受精度和環(huán)境的影響明顯，不利于煤層氣運(yùn)移規(guī)律的發(fā)掘。因此要從機(jī)理層面理解煤層氣的運(yùn)移過(guò)程，必須從孔隙尺度出發(fā)，在探明微觀幾何的控制作用和方式后，才能科學(xué)地推演復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)的輸運(yùn)屬性。近來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展及分形理論的日趨成熟，兩者耦合的分析模式已成為當(dāng)前探索煤層氣運(yùn)移規(guī)律的重要手段和有效方法。
　　結(jié)

3、合煤層氣開(kāi)采潛能評(píng)估這一難點(diǎn)問(wèn)題，本文采用基于動(dòng)理論的格子Boltzmann技術(shù)體系，于孔隙尺度下著重研究了粗糙割理中煤層氣運(yùn)移規(guī)律。具體包括：
　?。?）依據(jù)割理端面幾何的自仿射分形屬性，系統(tǒng)分析了割理粗糙復(fù)合形貌空間下煤層氣的運(yùn)移規(guī)律，并依據(jù)其作用方式及強(qiáng)度，提出了三重效應(yīng)的裂-滲關(guān)系模型，即局部粗糙效應(yīng)、流體內(nèi)部作用以及流-固間的效用，對(duì)應(yīng)的物性參數(shù)分別為局部粗糙度因子、水文彎曲度及大尺度下裂隙端面曲折率。其中水文彎曲度及端

4、面曲折率表現(xiàn)出尺度不變特征，而局部粗糙度因子具有長(zhǎng)程平穩(wěn)的特點(diǎn)?；谝陨涎芯拷o出了單粗糙割理中煤層氣運(yùn)移的分形裂-滲方程。
　　（2）結(jié)合割理端面自仿射分形屬性及端面間的長(zhǎng)程相關(guān)而短程非匹配的事實(shí)，提出了一種構(gòu)建自然割理的算法。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)分析了非匹配自仿射粗糙割理復(fù)合形貌空間下煤層氣運(yùn)移規(guī)律，具體特征如下：沿割理走向，剖面流速的分布為偏正態(tài)分布而非泊肅葉方程所描述的拋物線模型；自仿射非匹配割理空間中開(kāi)度分布為一周期性的波狀起

5、伏分布，該分布特征會(huì)增加割理流的水文彎曲度，進(jìn)而削弱割理空間的滲透性能；非匹配程度越高，曲折流效應(yīng)越明顯，并呈單調(diào)遞增趨勢(shì)。
　?。?）依據(jù)割理網(wǎng)絡(luò)的空間構(gòu)型，于孔隙尺度下模擬了基于垂直井的煤層氣排采過(guò)程，并分析了排采井間的干擾模式，結(jié)果表明：井間距離及儲(chǔ)層壓力均對(duì)煤層氣的排采有一定的影響，趨勢(shì)為：井間距離同井口位置處煤層氣的流速之間呈單調(diào)遞增趨勢(shì)，同時(shí)針對(duì)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠?lái)說(shuō)，當(dāng)井間距離為7.65時(shí)，排采井之間的相互影響最??；儲(chǔ)層壓