《變溫條件下損傷煤層中瓦斯解吸-擴散-滲流過程耦合模型》是依託東北大學，由魏晨慧擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：變溫條件下損傷煤層中瓦斯解吸-擴散-滲流過程耦合模型
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：魏晨慧
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本課題以變溫條件下損傷煤層中瓦斯解吸-擴散-滲流過程為主線，擬採用室內試驗與數值模擬相結合的方法開展研究工作。首先，開展變溫條件下的瓦斯解吸試驗，研究變溫對瓦斯解吸-擴散-滲流過程的影響機理，並基於試驗結果擬合相關公式；其次，重點考慮變溫條件對瓦斯解吸-擴散過程的影響以及煤層損傷對瓦斯滲流過程的影響，建立變溫條件下損傷煤層中瓦斯解吸-擴散-滲流過程的熱氣固耦合模型，並基於有限元軟體結合程式編制實現所建數學模型的數值求解；再次，針對室內試驗開展數值模擬，驗證所建耦合模型及其求解的正確性，並對相關耦合參數進行標定；最後，結合深部煤層瓦斯抽放、煤層氣注熱開採等工程問題開展數值模擬，針對工程現象開展機理分析，並提出便於現場套用的簡化模型。
結題摘要
我國煤層氣藏普遍存在滲透率低、吸附性強、解吸速度慢等不利條件，使得煤層氣解吸及其在煤層中的運移十分困難，為實現大規模高效抽采，需要進行壓裂增透等措施。考慮到目前氣體壓裂增透技術（炸藥爆破、高壓氣體爆破、氣體壓裂）在煤層氣等非常規天然氣領域的重要性，本項目以變溫條件下瓦斯吸附/解吸-擴散-滲流過程、煤體損傷及裂隙擴展過程為主線，開展了物理試驗、理論建模和數值模擬方面的研究工作，研究內容主要包括：將煤體視為典型的裂隙-孔隙雙重介質，假設其中的裂隙系統是瓦斯滲流的主要場所，基質-孔隙系統是瓦斯吸附-解吸-擴散的主要場所，建立了變溫條件下瓦斯解吸-擴散-滲流雙重介質模型；同時，考慮煤體吸附瓦斯等氣體後引起的損傷，建立了氣體吸附損傷誘發煤體強度劣化的數學模型，並開展了相關數值模擬；將炸藥鬆動爆破、高壓氣體爆破視為應力波和爆生氣體壓力綜合作用的結果，將氣體壓裂視為準靜態作用的結果，建立了基於流固耦合理論的煤體壓裂增透損傷模型，並開展了煤體壓裂增透提高瓦斯抽采的試驗研究與數值模擬。研究結果表明：煤體吸附氣體後引起的膨脹應變會改變煤體的微觀結構，誘發煤基質產生細觀損傷，彈性模量和強度降低，吸附誘發的損傷主要為拉伸損傷，吸附能力越強的氣體誘發的損傷越大；基於壓裂損傷模型開展的數值模擬可以再現孔周壓碎區、徑向微裂紋區、徑向主裂紋區萌生、擴展的完整演化過程，與高壓氣體爆破試驗結果也具有很好的一致性，驗證了本項目所建損傷模型的有效性；不同地應力條件下含節理煤體雙孔壓裂的數值模擬也表明，初始地應力場的壓應力作用不利於裂紋的萌生與擴展，但節理的存在對裂紋的擴展具有明顯的導向和促進作用，有利於裂紋沿節理面方向的擴展；壓裂後形成的裂隙可以顯著提高瓦斯抽采效率，但同時受控於基質滲透率、裂隙滲透率、地應力條件等因素。
