幂率型裂隙分布煤层渗流场与变形应力场耦合模型及数值模拟

煤体的微观结构对其产气量有着显著的影响,然而,现阶段的煤层气开采模型都未将此因素考虑在内。为了定量分析煤层微观结构对宏观渗流过程的影响,基于幂律分形渗透模型,构建一种能够同时考虑煤层微观结构与多物理场因素相互作用的裂隙-孔隙渗流模型。模型将多物理场效应(包括气体吸附-解吸效应、气体渗流诱导储层形变效应、煤层基质形变、裂隙-基质相互作用等)定义为储层有效应力的函数,进而作用于储层孔隙率与微观结构。分析煤体的主要结构参数对宏观渗透率的影响,包括:(1)裂隙长度幂律指数α;(2)裂隙长度最值比r;(3)最大裂隙长度l,并分析煤层形变及渗透率的时空演化趋势。模拟结果表明:煤体结构参数对煤体渗透率有着显著的影响。当孔隙率等其他煤体参数保持不变时,储层宏观渗透率与裂隙长度最值比r、最大裂隙长度l成正比,与裂隙长度幂律指数α成反比;此外,与裂隙长度幂律指数、裂隙长度最值比相比,煤层最大裂隙长度对煤层渗透率有着更为显著的影响。