瓦斯?jié)B流的LB模擬方法及其在瓦斯抽采中的應用.pdf

1、流體在多孔介質(zhì)內(nèi)的滲流是許多領域都涉及到的一類復雜流動，在油氣藏開發(fā)、化工過程、環(huán)境保護、新能源開發(fā)等領域都有廣泛應用。多孔介質(zhì)中流體滲流的研究，通?？梢苑譃榭紫冻叨壬系臐B流研究和表征體元尺度上的滲流研究。
　　在孔隙尺度上，滲流的研究對象是單個或若干個孔隙內(nèi)的流體，通過研究流體在這些孔隙內(nèi)的輸運過程獲得流動的詳細信息。本文采用格子Boltzmann方法，利用Matlab語言開發(fā)程序，模擬了流體（氣體）在壓力差作用下，在多孔介質(zhì)孔

2、隙通道中的滲流，獲得了孔隙通道內(nèi)流體的詳細壓力分布圖、流線圖、速度矢量圖、總能分布圖;待流動穩(wěn)定后對比流場出入口兩側(cè)流體的質(zhì)量流量，驗證了質(zhì)量守恒;利用小壓力梯度下的模擬結(jié)果計算出了多孔介質(zhì)的滲透率，并將多組不同壓力梯度下的模擬結(jié)果與宏觀滲流定律——達西定律計算出來的結(jié)果進行對比，結(jié)果表明格子Boltzmarm方法模擬所得的結(jié)果與根據(jù)達西定律計算出的結(jié)果定量相等，誤差極小，成功地驗證了達西定律;通過對質(zhì)量守恒以及達西定律的成功驗證，表明

3、所開發(fā)程序的模擬結(jié)果是定量準確的;同時發(fā)現(xiàn)隨著壓力梯度的不斷增大，格子Boltzmann方法的模擬結(jié)果與達西定律計算出的結(jié)果開始出現(xiàn)偏離，表明只有當壓力梯度較小，孔隙內(nèi)流體處于層流狀態(tài)時，達西定律才適用，當壓力梯度過大時，孔隙通道內(nèi)的流體進入紊流狀態(tài)，達西定律便不再適用。
　　表征體元(Representative elementary volume，REV)尺度是比孔隙尺度大得多的一種尺度。所謂REV，是指多孔介質(zhì)的一個控制體積

4、，它包含充分多的微孔，尺寸遠大于單個孔的尺寸，但又遠遠小于宏觀流動區(qū)域的尺度，所以相對滲流域，REV可以看作是一個點，多孔介質(zhì)可以看做連續(xù)介質(zhì)。在表征體元尺度上，本文以煤層氣抽采作為所要研究的問題?？紤]到煤層氣抽采過程中會出現(xiàn)吸附瓦斯解吸這一特殊問題，然而現(xiàn)有的格子Boltzmann表征體元尺度滲流模型僅僅只能用于一般的滲流模擬，并不能直接用來解決包含瓦斯吸附解吸的煤層氣滲流問題，因此，本文基于一定的假設，根據(jù)質(zhì)量守恒、動量守恒以及朗格

5、繆爾吸附方程對現(xiàn)有的格子Boltzmann表征體元尺度滲流模型做出改進，使其能用于解決包含吸附解吸的煤層氣滲流問題;另外，考慮到煤層氣抽采會導致煤體滲透率隨時間、空間發(fā)生變化，本文總結(jié)前人的研究成果，綜合考慮了有效應力、煤基質(zhì)收縮、氣體滑脫效應對煤體滲透率的影響，提出了煤層氣抽采過程中滲透率變化的數(shù)學模型，每當程序運行一個時間步就依據(jù)此數(shù)學模型以及新的瓦斯壓力調(diào)整滲透率的值，從而實現(xiàn)煤與煤層氣的流固耦合;在此基礎上，利用Matlab語言