煤储层含煤粉流体流固耦合渗流数学模型

通过考虑储层煤岩变形、骨架煤粉剥离、煤粉在孔隙中的运移沉积和喉道处的堵塞对煤岩物性参数（如孔隙度、渗透率、孔隙压缩系数及煤岩密度等）的影响,并考虑气溶于水及流体的源汇相的情况,建立了煤储层含煤粉流体流固耦合渗流的数学模型,为煤层气开发数值模拟提供理论基础。     

流固藕合多相多组分渗流数学模型的建立

在油藏开采过程中,由于孔隙流体压力发生变化,引起岩石骨架有效应力改变,导致岩石骨架变形,因而在孔隙流体和岩石骨架之间存在强烈的藕合作用.本文根据流固藕合渗流的基本思想,首次建立了流固藕合渗流的运动方程,并在此基础上建立了流固藕合多相多组分渗流的数学模型.     

煤层气两相流阶段的热流固耦合渗流数学模型

我国煤层气资源相当丰富，如何有效地开发是当今面临的一个难题。由于煤岩的特殊性，煤层气在煤层中赋存的状态和流动机理与常规砂岩储层中不同，其开采过程是一个流体渗流、多孔介质弹塑性变形与温度场耦合作用极强的过程。考虑煤层气渗流场、温度场、变形场耦合关系，根据多相流体达西渗流定律、质量守恒定律、多孔介质弹塑性理论、有效应力原理、传热学理论建立了煤层气的气、水两相流阶段渗流方程、变形方程及温度场方程，给出了数值求解渗流方程的定解条件，从而得到煤层气在气、水两相流阶段热流固渗流数学模型，为改进和完善煤层气开采方法、技术提供了理论依据。     

煤层气流固耦合渗流模型求解过程中的参数处理

在对煤层气的流固耦合渗流模型的求解过程中，总体上采用显式交替耦合求解的方法进行，其实现过程为：煤岩变形场方程的求解滞后于煤层气渗流力学模型求解一个时间步。具体来说，首先对有限差分后的流体渗流场方程进行求解，然后将求得的孔隙流体压力增量传递给煤岩变形场方程，煤岩变形场方程将计算所得的体积应变和应力变化再传给渗流模型，据此对物性参数（孔隙度、渗透率、孔隙压缩系数）进行修改，继而进行下一时间步长的计算，如此反复进行，直至结束。流固耦合渗流数学模型采用IMPES方法进行求解中，对于计算过程的非线性问题表现在时间取值问题和空间取值问题两个方面，对此应采用显式方法进行线性化处理。     

煤层气储层流固耦合数学模型

基于多孔介质及Terzaghi有效应力原理,建立煤层气开采中煤岩骨架本构模型,分析煤岩骨架的应力形变;同时,建立了孔隙度与渗透率的动态模型,分析煤层气排采过程中煤层物性的变化;依据流体力学连续性方程,建立煤层流体的渗流场方程。结合模型的辅助方程及定解条件,给出了单相（多相)煤岩流固耦合渗流的数学模型。     

流固耦合渗流数学模型及物性参数模型研究

在变形多孔介质油藏中,油气开采导致地层压力下降,从而引起多孔介质储层变形和储层物性参数变化,直接影响储层流体的渗流.应用渗流力学及岩土力学原理,在前人工作的基础上,引入储层岩石骨架变形和流体渗流的启动压力,建立了多相流体渗流的流固耦合渗流数学模型,理论上推导出了储层岩石变形数学模型、储层物性参数数学模型,实现了真正意义上的流固全耦合,为流固耦合数值模拟奠定了基础.     

弹性油藏中多相渗流的流-固-热耦合数学模型

基于对油藏中三大物理场（流体力场，固体力场及温度场）的系统分析，综合运用渗流力学，岩石力学，热力学理论，建立了一个全新的油藏渗流的流－固热耦合模型，该模型假设岩石骨架是可变形的，油藏内热量按热力学定律自由传递，孔隙流体压力和热应力会导致岩石骨架的变形；反之，岩石骨架的变形又会导致储渗特性和孔隙流体压力的改变，还会导致温度场的改变。建立了安全耦合的流体渗流方程、岩石变形方程和温度场方程，三者之间互含耦合项，互不独立，只能联立求解。给出了模型的数值求解思路。该文所建立的模型实现了油藏中渗流、变形，变温三者间真正意义上的耦合，较之已有的油藏渗流模型更能反映油藏的实际，是对油藏传统渗流理论和流固耦合力学理论的发展，能广泛运用于石油工程许多领域，该模型同时也为编制流－固－耦合应用软件提供了理论依据。     

流-固全耦合新模型研究

在油藏开采过程中，储层岩石体变形与流体的流动是相互耦合作用的，并且流体渗流时的压力、饱和度也是不断变化的。假设岩石体变形为弹性小变形，建立其变形方程。由达西定律，考虑油、水两相流体耦合渗流时的饱和度变化，经过推导变换，得到了油、水两相流体的耦合渗流方程，从而得到了以岩石质点位移、流体压力和流体饱和度为未知量的流-固耦合数学模型，并给出了求解数学模型所需的定解条件。新模型拓宽了以前以岩石质点和流体压力为未知量的流-固耦合数学模型，实现了岩石变形和流体渗流的真正意义上的耦合，丰富了流-固耦合理论，为考虑流-固耦合影响下的油藏数值模拟奠定了理论基础。     

低渗透气藏流固耦合综合数学模型

气藏的开发过程是一个流体渗流与地层岩石变形动态耦合的过程,尤其低渗透气田中,由于受到启动压力梯度、滑脱效应和储层应力敏感等因素的影响,气体渗流规律不再符合经典达西定律,耦合效应也较中-高渗透率气藏强.基于渗流力学、固体力学及Blot孔隙弹性理论,将岩石骨架变形引入固体连续性方程中,并综合考虑储层应力敏感、启动压力梯度及滑脱效应的影响对气体的渗流速度进行修正,建立了低渗透气藏流固耦合渗流数学模型.     

出砂储层物性参数动态模型

常规储层物性参数动态模型没有考虑岩土骨架的变形以及储层中砂粒产生、运移、沉积和堵塞作用对物性参数的影响，因而不适于研究出砂储层流体渗流状况。文章从毛管束渗流公式和整个岩块的达西渗流公式入手，根据等效渗流阻力原理，得出了渗透率和孔隙度与比面间关系式；在此基础上，根据储层流固耦合的基本思想，将渗流力学与岩土力学相结合，考虑体积应变、骨架砂剥离、可动砂在孔隙表面和喉道运移、沉降、堵塞对物性参数的影响，从基本定义出发，导出了出砂储层数值模拟所需的孔隙度、渗透率和孔隙压缩系数等物性参数动态模型；最后用该模型进行了实例分析，证明在出砂储层开采过程中岩土骨架变形和储层中骨架砂的剥离、可动砂在孔隙表面和喉道的运移、沉降、堵塞等，对物性参数有很大的影响，并最终影响储层的开采动态。     

煤层气开采的二维非平衡吸附模型

由于煤层气工业发展比石油工业晚，故很多方面的研究都借鉴了石油开采的理论，鉴于煤层气开采机理与石油开采有本质的区别，因此煤层气的数学模型相对较油气藏模型要复杂。文章在平衡吸附模型的基础上，进一步研究了煤层气开采的非平衡吸附模型。充分考虑了煤层气的流动特性，并结合煤层气的开采特点，首先根据物质平衡原理以及朗格缪儿等温吸附曲线，建立了煤层气开采的扩散模型；然后结合达西定律，建立了煤层气开采的渗流模型；同时考虑到煤储层特征建立了煤层裂缝的孔隙度和渗透率模型，结合边界条件，形成了完整的煤层气开采的二维非平衡吸附数学模型。     

ú����������Ԥ���о�

文章采用数值模拟方法，从煤层甲烷的流动机理入手，利用朗格缪尔等温吸附方程描述甲烷从煤表面解吸过程，利用Fick定律描述甲烷从煤基质和微孔隙中的扩散，综合考虑了煤层甲烷的解吸附、扩散、渗流三个过程，并考虑了水力压裂产生高渗透裂缝对渗流场的影响，在煤层理想化等七个假设条件下，建立了煤层甲烷的非平衡拟稳态吸附扩散模型，利用该模型编制了煤层气井产能预测软件，并进行了模拟计算，给出了计算实例。结果表明：煤层在没有经过水力压裂处理时，煤层的气、水产量是很小的；经过水力压裂处理后，由于煤层的排水降压效果，煤层气井气、水产量有明显的增加，具有经济开采的产量规模。     

ú������������Ӱ�����ط���

煤层气主要以吸附状态赋存在煤岩基质中，只有当储层压力降低后才可以从基质中解吸出来，煤岩裂隙或割理中多被水充满，而裂隙与割理是煤层中的主要运移通道，煤层气需要通过排水（裂隙或割理）降压（煤岩储层）方式才得以采出，故煤层气的产量受煤岩性质、压力水平和两相渗流特征等多种因素的影响。文章分析认为，影响煤层气井单井产量的主要因素包括煤岩渗透率、孔隙度、吸附能力、含气量、临界解吸压力、相对渗透率等；为提高煤层气井单井产量，必须通过洞穴完井、压裂改造或水平井等方式，改善井底渗流条件，有效地降低井底流压，扩大压力波及范围，增加有效解吸区，扩展两相渗流区范围。为实现煤层气的规模开发，必须深化认识储层特征，结合地质实际，选择合适的开发技术。     

ú����������Ӱ�����ؼ����ȶ���������Ԥ��

中国的煤层大多具有致密、低渗透率特性，煤层气解吸、渗流困难，影响煤层气产量的因素较多且复杂。文章系统地分析和总结了煤层介质的低渗透率特性、煤层气的解吸扩散渗流特性、煤层与围岩的组合方式、含气饱和度对煤层气产量的影响，并用R/S分析方法研究了煤层气不稳定渗流产量的变化趋势，在此基础上，用灰色GM(1，1)模型预测了煤层气产量的变化规律，进行了实例分析。结果表明：煤层渗透率中等、含气饱和度在78%以上、压裂等措施是获得高产量煤层气的关键因素；R/S分析方法和GM(1，1)模型相结合是预测煤层气不稳定渗流产量变化的有效方法；根据上述关键因素和分析及预测的方法，科学预测煤层气不稳定渗流产量变化规律，有利于合理开发煤层气资源，提供洁净的能源，有效地保护大气环境，并从根本上改善煤矿安全生产条件，减少瓦斯爆炸事故。     

变形介质煤层气双渗流动压力分析

研究了应力敏感煤层气中双孔隙度/双渗透率渗流问题的压力不稳定响应,不仅考虑了煤层气藏的双孔隙度/双渗透率介质特征,而且考虑了介质的变形,建立了应力敏感煤层气双孔隙度/双渗透率的数学模型,采用全隐式差分和N ew ton迭代法求得了圆柱面井源情况下定产量生产时无限大地层、有界封闭地层的数值解,探讨了双孔隙度/双渗透率参数和变形参数变化时压力的变化规律并给出几种情况下典型压力曲线图版。     

应力敏感性复合煤层气压力动态特征

煤层气采出有扩散和渗流两个过程，比常规天然气层中的渗流方程复杂。针对煤层气井在钻井、完井、开采过程中井周围产生污染带以及地层本身的非均质情况，采用非平衡态吸附模型，研究应力敏感性复合煤层气藏的流动规律、在拟稳态流的数学模型假设下，用气体拟压力代替Langmuir吸附公式中的压力，得到气层中拟压力所满足的方程组，并采用正则摄动法和Laplace变换法进行求解，最后通过拉氏数值反演得倒0阶摄动解。分析了参数变化时压力动态的变化规律，这些结果为煤层气藏开发提供了理论依据和新的试井模型。     

ú���������е�����ѹ����϶

煤中裂隙是煤层气运移产出的通道，对其成因进行探讨是煤层气地质学的重要内容。文章根据宏观和微观观测，发现煤中存在一种流体压力致裂的特殊裂隙，这些裂隙的成因无法用诸如应力场的作用来解释。此类裂隙的形成与煤中流体（液体和气体）密切相关，流体的来源有两类:煤化作用过程中形成的以甲烷为主的流体和补给来的地下水,且以前者为主。当孔隙或裂隙中流体压力大于垂直裂隙(或基质孔隙)壁的正应力时，孔隙或裂隙将沿最大主应力方向延伸、沿最小主应力方向张开；当流体压力降低时扩展终止。流体压力导致孔隙向割理的转化、割理向继承性裂隙以及外生裂隙的进一步扩展。流体压力的集中是周期性的，即流体压力增加—裂隙扩展—压力降低—裂隙闭合，这与烃源岩微裂缝排烃机理类似。