煤层气在双孔介质中解吸及渗流机理研究

煤层气是煤矿开采中威胁煤矿安全生产的主要灾害之一，同时煤层气也是一种优质、洁净、高效的能源。煤层气是指在煤化过程中生成以甲烷为主的并以物理吸附形式储集在煤层中的自生自储型非常规天然气，煤层气在成藏、赋存、渗流以及开采方式等方面都不同于常规天然气。煤层气的开采过程包括煤层气从煤岩基质孔隙中的解吸以及从裂隙渗流到井筒。因此，深入研究煤层气在煤层中的解吸渗流机理对于煤层气的开采有重要的意义。 本文首先根据煤层自身的特点，将煤岩简化为孔隙—裂隙双孔介质结构进行研究，在此基础上分析了煤层气在煤层中的储集、运移和产出机理，为煤层气渗流数学模型的建立奠定了理论基础；详细论述了煤层气的解吸过程，分析煤层气解吸的影响因素，揭示了煤层气解吸的本质；并对影响煤层气渗透率动态变化的影响因素进行分析，建立有效应力、基质收缩、克林肯伯格效应综合影响下的渗透率动态变化的数学模型；然后基于双孔介质理论，在考虑低渗透煤层启动压力梯度的影响下，建立了非平衡吸附拟稳态条件下双重介质气—水两相流流固耦合模型，利用有限差分法和有限元法对耦合方程进行离散处理，并编制程序进行模拟计算。结果表明耦合情况下压力下降较为平缓，而压力是储层特征参数的控制因素，影响到孔隙度，渗透率等参数的变化情况。因此，在进行煤层气渗流机理研究时，不能忽略流固耦合效应的影响。