煤层瓦斯流固耦合渗流的二维数值模拟

将渗流力学与弹塑性力学相结合,考虑煤层瓦斯和煤体骨架之间的相互作用,建立了煤层瓦斯运移的数学模型,并给出其数值解。对煤层瓦斯渗流方程和煤体变形场方程分别进行离散,得到其相应的泛函方程,根据有限元法原理推导出其耦合求解方法,最后进行了实例计算。     

软、硬煤残余瓦斯含量差异性研究

针对具有软煤分层的突出煤体,为了更加准确地检验瓦斯抽采效果,必须研究瓦斯抽采后软、硬煤残余瓦斯含量之间的差异性.基于抽采条件下的瓦斯渗流场分析,考虑了煤层中存在软煤条件下对瓦斯流动及煤层的综合影响,通过建立瓦斯流固耦合方程,并结合钻孔抽采瓦斯的初始条件和边界条件,运用多物理场耦合分析软件模拟了抽采条件下软、硬煤的残余瓦斯含量的差异性.数值模拟结果表明:在相同的抽采时间内,软煤的残余瓦斯含量始终高于硬煤,软煤瓦斯含量降到8 m3/t需要180 d,硬煤瓦斯含量降到8 m3/t需要162 d.     

半无限大煤体瓦斯涌出时温度分布规律的研究

温度变化对瓦斯解吸和涌出的影响非常复杂,根据已有的开采煤层中瓦斯渗流运动特征及瓦斯流动传热理论的文献资料,建立起开采煤层瓦斯涌出时煤体温度分布的数学模型,得出半无限大煤体瓦斯涌出时温度分布规律,为进一步讨论瓦斯解吸及涌出与煤体摩擦产热而引起煤体内部温度的变化打下基础。     

温度变化对煤体瓦斯吸附量影响规律的实验研究

通过对含瓦斯煤层瓦斯气体温度场分布规律研究,提出了煤层中总的瓦斯含量方程中α值的假设与猜想。经过实验,分别研究了定压条件与升压条件下温度改变对煤与瓦斯吸附的影响规律,得到煤体在不同温度下瓦斯的吸附以及渗流规律。实验应用WY98-A型瓦斯吸附解吸仪器,通过研究煤与瓦斯吸附在温度改变的环境下的规律,以及所选煤样在吸附饱和后随温度变化的函数关系,并对瓦斯吸附的饱和吸附量进行了数学拟合,得到其函数关系式。为煤层瓦斯储量计算,及不同阶段瓦斯抽采量计算提供了科学依据。     

钻孔抽放瓦斯流固耦合分析及数值模拟

钻孔抽放瓦斯是中国利用和治理煤层瓦斯最主要的方法。随着开采深度的加深,地应力场等因素对瓦斯渗流的影响越来越明显。基于对煤层瓦斯一系列的假设的基础上,考虑了地应力、煤层瓦斯压力变化对煤体骨架产生的变形的影响,推导出了孔隙率、渗透率的表达式。运用多孔介质渗流的基本定理和流固耦合的基本理论得出了瓦斯流固耦合控制方程。运用多物理场耦合分析软件对钻孔抽放下的瓦斯渗流场进行了模拟分析。得到了钻孔抽放条件下瓦斯压力的分布、不同的埋藏深度下以及不同的钻孔参数（抽放负压、钻孔半径）对瓦斯渗流场的影响。分析模拟结果可以对现场     

受地应力、地温和地电效应影响的煤层瓦斯渗流方程

通过研究地应力、地温和地电效应对煤层瓦斯渗流特性的影响,获得了在地应力场、地温场和地电场中的煤层瓦斯渗透率k(σ,T,E);并通过建立煤层瓦斯运动方程、连续性方程、气体状态方程和含量方程,推导得到了受地应力、地温和地电效应影响的煤层瓦斯渗流方程.     

硬质体构造对煤层瓦斯流动的力学控制效应

为研究煤层内硬质体构造对瓦斯流动的力学控制效应,运用数值模拟分析和现场验证相结合的研究方法,对正常煤层和含硬质体煤层掘进工作面的应力异常分布特性、煤层渗透性变化和瓦斯流动规律进行了对比分析。研究结果表明：掘进工作面前方硬质体构造附近的集中应力就像一道“闭合闸门”,明显降低了附近煤体的渗透性,阻碍了较远处煤体内的瓦斯向掘进工作面的正常渗流流动,这是高瓦斯矿井采掘过程中瓦斯异常涌出的诱因之一。为避免高瓦斯煤层掘进工作面瓦斯异常涌出威胁,所采取的各种卸压增透措施必须打开或卸除这个“闭合闸门”,为前方煤层瓦斯的安全释放提供畅通通道。     

煤层钻孔瓦斯流量的数值模拟

煤层瓦斯流动是一个复杂的非线性物理过程,为定量模拟钻孔瓦斯流量,在分析煤层瓦斯流动基本特征的基础上,把吸附瓦斯的解吸视为游离瓦斯渗流的连续分布源,建立了煤层瓦斯流动的数学模型。通过数学变换,确定了煤层瓦斯流动数学模型的基本方程和定解条件。运用有限元方法对煤层瓦斯流动方程进行了求解,编制了FORTRAN解算程序。介绍了煤层钻孔瓦斯流量数值模拟的工程实例,将数值模拟结果与实测结果进行了对比,分析了偏差产生的原因。研究结果表明,数值模拟准确反映了煤层瓦斯流动基本规律,能够定量预测煤层钻孔瓦斯流量。     

变温条件下深部煤层瓦斯分布规律的数值模拟

深部煤层瓦斯运移过程及分布规律与温度场、瓦斯渗流场及应力场耦合密切相关.基于深部煤层瓦斯运移的热流固耦合模型,结合实际的煤层条件和实测数据,开展了煤层瓦斯赋存规律的数值模拟,研究了瓦斯压力和瓦斯含量分布规律的影响因素.结果表明:煤层渗透率是影响瓦斯压力分布的主要因素,其中煤体的有效应力系数、初始孔隙率、弹性模量以及吸附应变系数均对渗透率有着重要的影响;煤层瓦斯含量受瓦斯压力和煤层温度的共同影响,不考虑煤层温度预测得到的瓦斯含量结果偏大.     

温度对型煤性能影响的试验

针对利用煤层瓦斯抽采并防治瓦斯灾害的问题.本文利用含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置,进行不同温度条件下的三轴压缩破坏试验和渗透特性试验,探索煤体温度在瓦斯抽采和预防煤与瓦斯灾害中的作用.结果表明:(1)煤体的强度随着温度的增加而降低;(2)煤体变形过程中的渗透性变化趋势有一致性,它与变形量直接相关,受温度影响很小;(3)控制煤体温度是提高瓦斯抽采效果的一个合理有效的措施.     

破碎岩体中的气体渗流规律研究

从实际流体的运动微分方程出发，推导得出了破碎岩体中的气体渗流微分方程，并进一步结合流-固耦合理论导出了破碎岩体中的流-固耦合随机微分方程：通过白行设计的试验仪器、试验方法，进行了破碎岩体中的气体渗流试验，得出了不同粒径的破碎砂岩的气体渗透率，并给出了破碎岩体中的渗透率变化规律，丰富了破碎岩体中气体的渗流理论和试验方法，对以后该问题的进一步研究具有一定的参考价值。     

页岩储层流动机制综述

 为了研究页岩储层的流动机制,对国内外页岩气流动机理相关文献进行了广泛调研,详细阐述了解吸附、扩散和渗流的数学描述方法、影响因素、适用条件及存在的问题,为流动机制的深入研究提供参考.分析表明：气体在页岩储层中的流动主要经历解吸附、扩散和渗流3个过程.Langmuir等温吸附定律很好地描述了页岩气的解吸附规律,但在描述多组分气体解吸附时仍存在一定问题,需要进一步研究;Fick第二扩散定律能够准确地描述页岩气的扩散过程,如何划分渗流和扩散的流动区间并进行耦合还需进一步研究;气体在天然裂缝网络中的流动遵循滑脱效应的广义达西定律,在压裂诱导裂缝中的流动遵循Forchheimer定律;天然气在页岩储层的流动存在压敏、气水两相流动、温度变化引起的热效应、相变等多种流动机制,需要进一步研究.     

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。     

低渗气藏气水两相非达西渗流及产能影响因素分析

气水两相渗流是气藏开发过程中遇到的一个重要的问题。准确地研究气水两相渗流,对气井产能的影响有着非常重要的意义。针对开始产水的低渗透气藏,基于流体在地层中的多相渗流理论,建立数学模型,并对气水两相的渗流微分方程进行求解,推导出考虑非达西效应和表皮因子的气水两相产能公式。分析了不同水气比条件下,压力与拟压力的关系。实例计算结果表明,随着水气比的增大,气井的无阻流量不断减小,降低水气比对气藏开发有着重要意义。关于气水两相渗流机理及产能的分析,可以为产水气井的生产动态的分析提供指导。     

页岩气产能评价方法及模型研究

非常规气藏渗流机理复杂,具有独特的渗流机理和生产动态特征,难以用常规的气井产能方法评价产能,预测可采储量。从渗流力学出发,根据页岩气藏压裂后储层特征,建立了页岩气藏复合模型,确定了页岩气井稳产时间,分析了内外区渗透率、内区半径、启动压力梯度、解吸压缩系数和储层厚度等影响规律;并参照Vogel方程建立了页岩气井产能方程。结果表明:内区渗透率、外区渗透率、内区半径、储层厚度和解吸压缩系数是影响页岩气井产能的敏感因素;表皮因子和启动压力梯度不是敏感因素。通过可靠性分析,参照Vogel方程建立的页岩气井产能公式能够快速、准确的判断页岩气井的产能。     

间歇注气抽采煤层气井注气量与采收率分析研究

水力压裂煤层、注气提高煤层气采收率等生产工艺过程中,煤层中流体的运动是多相多组分流体的扩散渗流。假定煤层为孔隙裂隙二重介质,孔隙中只存在吸附状态气相,裂隙是气、水共存空间,孔隙与裂隙之间气体的交换量是渗流场中的质量源。试验研究了质量源与时间和煤层结构的关系,测定了吸附置换速率的衰减系数。应用多孔介质中扩散渗流理论,再运用质量连续方程,导出了多相多组分流体的扩散渗流微分方程。忽略占煤层中气体总量百分比很小的游离状态气体在微分方程中随时间变化,从而求出了单井间歇注气抽采煤层气井在注气过程注气量的近似表达式。分析解表明注入气体流量与注入气体压力和煤层气初始压力之差、竞争吸附置换速率成正比;煤层渗透率越大、煤层气和注入气体的混合粘性越小,吸附竞争置换速率越小和注气抽采煤层气效果越差;注气抽采煤层气工艺适合低透气性煤层。     

用分离变量法求采空区气体流动微分方程的解析解

根据流体扩散动力学理论建立了采空区气体流动的微分方程，采用分离变量法求出了它的解析解，为定量分析采空区瓦斯流动规律提供了理论基础。     

Generalization of Hopf Functional Equation

IntroductionThe techniques ofcharacteristic functionals of fluidmechanical fields are widely used in solving thegeneral problem of turbulence. Thesecharacteristic functionals uniquely define theprobability distributions P(dω) in the phase spaceof turbulent flow,which would give a completesolution of the problem of turbulence.Thetechniques of using a characteristic functional todefine the random field of any fluid dynamicquantity were first pointed out by Kolmogorov(1 93 5 ) ,since then a num…     

一种基于VG模型的非饱和土渗流参数反演方法

针对非饱和土渗流分析中土水特征曲线和渗透性函数难以获取的问题,本文提出一种基于van Genuchten（VG）模型的非饱和土渗流参数反演方法,非饱和渗流控制方程采用Richards方程,通过计算数值模拟值与实测各观测点不同时刻孔隙水压力或重量（体积）含水量之误差平方和,寻求最优VG模型参数组合使得误差平方和最小.编制了二维非饱和渗流参数反演程序（BAKSEEP）,并通过算例展示了该程序良好的适用性和稳定性.     

低渗气藏单相气体渗流特征分析

目前对低渗气藏单相气体渗流规律已有初步认识,但在渗流特征方面大多仅限于定性描述,认为渗流曲线由低压力平方梯度下的上凸曲线段和较高压力梯度下的拟线性段组成,存在拟初始流速、临界压力平方梯度和临界渗流速度,未进行定量描述.利用苏里格低渗气田岩心,通过大量室内气体渗流实验,分析了渗透率对渗流曲线的影响,并得出了拟初始流速、临界压力平方梯度与岩心物性参数之间的函数关系.结果表明:拟初始流速与岩心系数呈线性关系,临界压力平方梯度与岩心系数呈负幂函数关系;最终给出分段描述低渗气藏单相气体渗流曲线的方程组.研究结果为更好认识低渗气藏渗流规律提供了理论依据.