基于分形理论的煤岩裂隙网络渗透率模型

作     者：夏彬伟 廖传斌 罗亚飞 冀凯楠 XIA Binwei;LIAO Chuanbin;LUO Yafei;JI Kainan

作者机构：重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室重庆400044 

出 版 物：《煤田地质与勘探》 (Coal Geology & Exploration)

年 卷 期：2023年第51卷第8期

页      面：107-115页

核心收录：

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 081803[工学-地质工程] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0703[理学-化学] 082002[工学-油气田开发工程] 

基　　金：国家自然科学基金重点项目(U19B2009) 国家自然科学基金面上项目(51974042) 山西省科技厅重点研发项目(20191101015)。 

主　　题：煤层气 渗透率 迂曲度 分形维数 真三轴应力 

摘      要：煤储层裂隙是煤层气渗流的主要通道,决定了煤储层的渗透性及煤层气产能,研究裂隙结构特征与煤储层渗透性的关系对准确预测煤层气产能具有重要理论及实践意义。基于经典立方定律渗透率模型,同时考虑分形理论、裂隙网络结构特征及有效应力,构建包含复杂弯曲裂隙特征的分形渗透率模型,将分形渗透率模型与S&D(Shi-Durucan)模型相结合,建立真三轴应力作用下的裂隙煤渗透率模型。开展真三轴应力条件下的气体渗流实验,将构建的渗透率模型与试验结果及S&D模型拟合数据对比,该渗透率模型与实验结果具有良好的一致性,能够体现出三向应力加载条件下应力对渗透率变化的影响趋势,与S&D模型相比更能反映煤岩渗透率的各向异性特征。基于该渗透率模型,定量分析了煤岩裂隙结构参数对其渗透率的影响。结果表明,煤岩渗透率与孔隙率φ(0.05~0.41)、分形维数D_(f)(2.37~2.81)、最大裂隙长度l_(max)(3.5~8.0 cm)、比例系数β(0.010~0.065)呈正幂律关系;与迂曲度分形维数D_(Tf)(2.005~2.275),裂隙倾角θ(10°~80°)呈负幂律关系。研究成果对准确预测煤岩储层渗透率,揭示煤储层中煤层气的流动机理具有重要作用。