热–流–固耦合作用下含水煤层渗透率模型建立及应用研究

作     者：肖智勇 王刚 刘杰 邓华锋 姜枫 郑程程 

作者机构：三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点试验室 福建理工大学土木工程学院 山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室 

出 版 物：《岩石力学与工程学报》 (Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52079077) 

主　　题：采矿工程 气体流动 多物理场 水 吸附膨胀 CO2-ECBM 

摘      要：了解注CO2开采煤层气过程煤层内的气体流动规律对煤层气的高效开采和缓解温室效应具有重要意义。现有研究在建立煤层内渗透率模型时往往忽略了水和温度的影响，为此，建立了一个新的耦合温度场-渗流场-固体力学场的模型对煤层中的气体流动规律进行了研究。该模型考虑了注CO2引起的气-水两元两相流、水对气体吸附性能的衰减、气体非平衡流动以及热传递和热传导作用。将建立的模型应用于沁水盆地的注CO2增采煤层气项目，数值分析了煤层中气体的流动情况。研究结果表明：（1） CH4压力和水压经历三个阶段的变化，CO2压力呈现一直增加的趋势；（2）储层注入井附近温度在开采达到一定时间后变化速率与生产井附近相同；（3）渗透率经历三个阶段的变化，且每个阶段的控制因素不同；（4） CH4产量和CO2储量持续增加，CH4产率在出现峰值后下降，而CO2储率则一直下降。研究结果对于多物理场耦合作用下煤层内的气体流动规律认识具有一定的理论价值。