基质-裂隙相互作用对煤渗透率的影响:考虑煤的软化

瞬态渗透率是提高煤层气产量的重要依据。为了得到基质-裂隙压力相互作用出现煤的软化行为对渗透率演化的影响。基于理论分析建立含模量软化系数的双重孔隙介质渗透率模型,并基于脉冲瞬态试验与COMSOL有限元数值模拟软件进行渗透率模型的验证。结果表明:根据曲线变化特征,将应变分为初始,快速增长和平衡阶段。在快速增长阶段,注气压力从1 MPa增大到3 MPa应变曲线的斜率分别为83.77,270.54,440.92 m/s。模量软化系数是应变的函数,其值也增大;其次,通过提出张开型和闭合型裂隙几何概念模型,得到含模量软化系数的双孔渗透率模型;最后,试验数据与改进的渗透率模型结果一致,证明模量软化系数主导了渗透率的动态演化。与试验方法相比,数值模拟方法能够监测煤基质的压力,基质与裂隙之间气体压力的变化揭示了煤渗透率演化机理。

采用复合单元法模拟裂隙多孔介质变饱和流动

采用复合单元法建立了模拟裂隙多孔介质变饱和流动的数值模型。该模型具有以下特点:裂隙不需要离散成特定单元,而是根据几何位置插入到孔隙基质单元中形成复合单元;在复合单元中,分别建立裂隙流和孔隙基质流的计算方程,二者通过裂隙-基质界面产生联系并整合成复合单元方程;复合单元方程具有和常规有限单元方程相同的格式,因此,可以使用常规有限单元方程的求解技术。采用欠松弛迭代、集中质量矩阵以及自适应时步调节等技术,开发了裂隙多孔介质变饱和流动计算程序。通过模拟一维干土入渗和复杂裂隙含水层内的流动问题,验证了该模型的合理性和适用性。模拟结果为进一步认识非饱和裂隙含水层地下水流动特性提供了理论依据。