FEPG在煤层气渗流规律研究中的应用

介绍了有限元自动生成系统(FEPG)的功能和用法,探讨了该系统在煤层气渗流规律研究中的具体方法.建立考虑滑脱效应的煤层气渗流数学模型,给出了基于虚位移原理的微分方程的弱形式,据此编写了FEPG程序,利用FEPG系统生成了考虑滑脱效应的煤层气渗流数学模型有限元问题的全部Fortran源程序,并进行了数值求解.给出了数值模拟网格剖分图.计算结果以压力云图、压力曲线、压力等值线、压力最大最小值图形等多种直观的形式显示.     

多场耦合作用下煤层气的渗流特性与数值模拟

根据实验研究煤样在轴向应力、围压、气压、温度单一因素作用下的渗流规律.利用Ansys12.0数值模拟了单场与多场耦合作用下煤层气的渗流规律,煤体的变形、孔隙压力、渗流场的分布规律.数值模拟得出:单场作用下煤层气在煤体中的渗流规律实验与数值模拟结果基本相同;多场耦合作用下煤的渗透率与平均有效应力曲线呈负指数关系;对试件变形的影响应力场大于渗流场,轴向应力对试件的变形大于围压;围压对渗流场的影响大于轴向应力,轴向应力对孔隙压力的影响大于围压,多场作用下孔隙压力大于单场作用.多场作用下数值模拟的结果与实验研究是一致的,因此研究煤层气的渗流规律必须考虑气-固-热的同时作用.     

煤层气层渗流与煤层气试井

从试井角度出发,对煤层气层的渗流机理和开采过程中的压力变化特征进行分析,认为煤岩层虽然具有双重的结构,但其流动却应该表现为均匀介质的特征,并进而归纳出不同开采阶段的七种典型流动模型.结合现场实测压力资料,笔者给出了一种煤层气试井资料的测评分析方法,指出一些实测试井曲线表现出的双渗、双重介质、不渗透边界或定压边界特征,其实只是由于测试工艺影响造成的异变,为正确解释煤层参数和正确认识煤层气层渗流提供了有效途径.     

阜新盆地煤层气渗流规律实验

以阜新盆地王营煤矿采集加工的原煤煤样为研究对象,利用3轴渗透仪,对煤样的渗透率和有效应力之间的变化关系以及煤样中甲烷渗流规律进行了实验研究.实验结果表明,煤样渗透率具有应力敏感性,渗透率随有效应力的增加呈非线性递减关系,具有负指数规律,这与前人的研究结果吻合较好;在不同围压、含水率情况下,实验得到的甲烷渗流规律曲线具有明显的非线性特征,真实地反映了实验过程中煤体变形对甲烷渗流的作用.考虑有效应力对煤体变形的影响,建立了描述煤层甲烷非线性渗流特征的运动方程,且所建立的运动方程与实验数据具有很好的吻合性,拟合相关系数高达99.6%以上,说明实验方法和建立的运动方程是合理的.     

煤层气解吸扩散渗流模型研究进展

对煤储层基质孔隙分类、煤储层中气水变化特征、基质孔隙中甲烷的动力学行为、煤层气解吸模型、扩散模型、渗流模型和产气模型进行了综述和评论．认为煤层气生产过程吸附气变为解吸气．少量的解吸气溶解并在储层孔隙水中扩散．大量的解吸气聚集成泡和成柱并在煤基质孔隙中的非达西渗流、自由气从煤基质孔隙至割理．裂隙系统的窜流、自由气从煤基质孔隙至井筒的非达西渗流（仅限低煤阶）、及自由气从割理．裂隙系统至井筒的达西渗流过程．可为煤层气开发提供理论依据,为煤层气数值模拟提供理论基础,对煤层气产气规律的认识具有指导意义．     

多井底水平井渗流问题某些解析解

对一种较新的水平井布井的方式——多井底水平井的渗流问题.运用拟三维方法进行分析.得出了在平面上和剖面上的解析解.再运用等值渗流阻力法得出了含三维空间的解和二维空间中的流场变化.提出了产能计算公式.其综合公式能更完善地反映渗流的基本规律.所提出的方法对于水平井油藏工程研究提供了基本分析手段.     

零维煤层气模拟软件的研制

提出了煤层气井水产量的拟压力解公式，气水产能比公式，得出气水两相双直线段式的相渗规律。在此基础上，结合Ｊ．Ｐ．Ｓｅｉｄｌｅ等人提出的煤层气井气产量拟压力解公式，根据物质平衡原理，研制出了一个零维的煤层气藏模拟软件，并作了实例模拟与分析。该软件在煤成气井的整个开采期内都适用。     

基于煤岩割理正交各向异性的煤层气渗流模型研究

考虑煤岩面割理和端割理两个方向不同渗流性质,建立了煤岩割理正交各向异性数学模型,通过引入煤岩弹性模量折减系数有效地解决了渗透率模型中煤岩割理刚度较难确定的问题。基于该模型对鄂尔多斯盆地东部煤层单井产能进行了模拟计算,分析了割理渗透率正交各向异性系数、煤层厚度、煤层孔隙度和含气量等参数对煤层单井产能的影响规律。计算结果表明：煤层气单井产能随着渗透率正交各向异性系数、煤层厚度和含气量增加而增大,随着煤层孔隙度的增加而减小。     

弹塑性非线性渗流耦合问题的一个解析解

在非线性渗流耦合的条件下,研究弹塑性多孔地层中单井抽放问题.建立了问题的基本方程和力学模型;推出了应力和孔隙压力的解析解;得到了确定塑性区半径、弹塑性交界面上的径向应力和孔隙压力的方程;导出了屈服的极限载荷;并进行了实例计算.     

煤层气单井开采数值模拟的研究

对煤层气的流动机理进行了分析。结果表明,煤层中的甲烷气主要以吸附的方式储集在煤基质中,煤层割理系统提供渗流通道。煤层气在煤基质中的中吸附遵循朗格缪尔等温方程;煤层气由煤基质向割理系统的扩散遵循ＦＩｃｋ第一定律;煤层气在割理系统的流动循环达西定律。借鉴美国现有模型,结合我国现场实际情况,建立了二维煤层气垂直井的非平衡拟稳态井底渗流数学模型。现场实例模拟计算表明,该模型用于煤层单井数值模拟。     

一类输运问题的解析解及数值模拟

讨论了一类输运问题,求出了定解问题解析解的表达式,并绘出了数值模拟图,最后给出了解的物理意义.     

利用核磁共振成像技术研究煤层气渗流规律

在介绍核磁共振成像技术原理及其在测定煤层气储层渗透率机理的基础上,基于达西定律和毛管渗流定律,给出了煤储层渗透率计算公式,指出煤储层渗透率是反映煤层气渗流规律的关键特征参数,且它与通过核磁共振成像实验得到的核磁渗透率具有良好的相关性;基于BT弛豫理论给出了利用核磁共振成像技术求解煤储层核磁渗透率的计算方法,建立了核磁渗透率和煤储层渗透率的关系表达式,指出核磁T2分布谱与煤孔隙结构具有较好的对应关系,且MAP渗透率公式由于在一定程度上考虑了孔隙分布对渗透率的影响,因此更为准确.使用自制的非磁性聚碳酸酯三轴应力渗透仪进行煤层气储层渗透率核磁共振实验,得到的实验结果比较理想.     

渗流问题数值模拟计算的新方法

采用边界拟合坐标系，取渗流区域的边界为坐标线（二维问题）或坐标面（三维问题），用 Ｔｈｏｍｐｓｏｎ法将不规则渗流域转变为规则域，从而在规则域上求解转变后的渗流方程．避免了在不规则域上划分单元及迭代运算中生成新网格的繁琐过程，尤其对三维有自由面的无压渗流问题，本方法具有精度高而工作量小等优点。     

煤层气吸附机理研究的发展与展望

综述了国内外煤层气吸附机理研究的发展历程,总结了该领域目前面临的主要困难,展望了进一步深入研究的方向。煤层气吸附机理进一步深入研究应分别从实验和理论两方面入手,吸附实验的研究应注重所测实验体系的完备性和模拟实际环境的真实性,吸附理论的研究则应注意理论模型针对的实际情况的适用性和具体使用时的简洁性。     

地下水渗流问题及其有限元数值模拟

推导出地下水渗流方程,并采用有限元数值方法进行了流场模拟．其中给出了二维有限元数值方法中一些可操作性参数和具体的计算方法、步骤．最后,以水坝渗流问题为数值算例,数值模拟结果良好．     

各向异性圆形地层渗流的解析解

对各向异性渗透率圆形有界地层向一口中心井的稳定渗流问题进行了研究,利用坐标变换将原流动问题转化为各向性渗秀率椭圆形地层向忠 井筒的流动总理２。数值研究发现,这个椭圆区域流动总理２可以划分为内、外两个区域的流动。内区域流动人轴椭圆间的流动,可通过保角变换方法求解;外区域流动与两条直线等压边界间的点源流动十分相似,可利用相似流动替换方法求解。将内、外两个流动问题的解进行组合得到了原问题的全区域解析解。     

煤层气开采中两相流阶段的流固耦合渗流

在考虑气溶于水的情况下,建立了煤层气开采过程中的气、水两相流阶段的渗流场与煤岩体变形场以及物性参数间耦合作用的多相流体流固耦合渗流模型,通过将岩土质点的位移分量引入到渗流场、渗流场中的孔隙流体压力引入到变形场、有效应力和孔隙流体压力引入到渗流物性参数中,实现了流固耦合间的相互作用。     

地下水位波动条件下基坑渗流场孔压解析解

对地下水位周期性波动条件下的各向同性土层中基坑二维渗流场孔压响应进行了解析研究.将基坑周围土体划分为4个规则区域,应用叠加原理和分离变量法得到各区域内孔压响应的级数解形式表达式,结合各区域间连续条件求解基坑周围渗流场孔压的显式解析解.将解析解结果、数值结果及半解析解结果进行对比,验证了该解析解方法的正确性.基于该解分析了基坑内、外侧水位等工程参数对孔压响应分布和相位滞后的影响,结果表明基坑工程参数对孔压响应和相位滞后有较大影响,对远场孔压响应和基坑内部相位滞后的影响更加明显.     

双重多孔介质中考虑井损的三维渗流方程的解析解

从六十年代开始,国内外就有许多学者从事裂隙-岩溶介质(以下简称双重介质)中的渗流问题研究,并提出许多双重介质渗流模型,见文献[1],[2],[3],[4],[5],[6]。但从可以看到的文献资料,还未见到考虑井损的双重介质渗流模型。可是,抽水时由于井损在井内和井壁附近的水流都呈现三维流态。本文建立了考虑井内偏流、井壁摩阻以及井内水流加速运动等水头损失的双重介质三维渗流模型,并给出了定解问题的解。解的结构由两部分组成:第一部分为双重介质中二维流水位降深;第二部分为双重介质中共损引起的水位降深。实践表明,根据本文理论解所作的曲线基本接近抽水井中水位变化曲线,即抽水初期有滞后现象。可知本文提出的解是符合双重多孔介质井流特征的。