基于流固耦合效应的岩层渗透系数演化规律与断层活化突水数值模拟研究

针对断层活化突水数值研究过程常忽略流固耦合效应的影响且各层位渗透系数常设为固定值的弊端,采用FLAC^3D有限差分软件建立采动断层活化突水数值计算模型,并基于Fish语言编制断层及顶底板岩层在弹性及塑性范围内渗透系数随有效应力、初始孔隙率、残余孔隙率等变化的程序,用于采动断层活化突水数值计算,在考虑塑性区及孔隙压力、渗流矢量变化的基础上,分析了不同水压对断层活化突水的影响规律。结果表明,断层活化范围与承压水水压呈正相关的关系,当模型水压分别为3.0、3.5 MPa时,断层上部及底部发生了活化而中部未发生活化现象;当水压为4.0 MPa时,煤层底板断层整体发生了活化。通过对理论公式的赋参计算,得到了临界突水水压为3.97 MPa,验证了数值结果的正确性。     

裂隙煤岩各向异性渗透率模型和煤层注气THM耦合行为

CO2煤层地质封存可以减少温室气体排放,同时可提高煤层气的采收率。注气开采过程涉及到温度场(T),多相多成分流场(H)和应力场(M)之间的相互耦合。煤层割理裂隙渗透率是影响CO2地质封存和煤层气开采率的重要参数。煤岩渗透性的关键性因素裂隙张开度同时受控于法向应力和剪胀效应。考虑基质和割理的共同作用,提出基于组合裂隙三向平板简化的各向异性渗透率模型。在此基础上,建立了注入CO2提高煤层气采收率的三维数值模型并利用耦合软件TOUGH-FLAC进行求解。模拟结果表明,气体注进采出的孔压作用会引起煤层膨胀或收缩。与孔压,吸附应力/应变以及温度相比,剪胀对裂隙渗透率的影响不明显。在注采过程中,渗透率表现出明显的各向异性,注入井附近的异向渗透率甚至可达30倍差异。此外,注气初期应适当控压,井口附近的高压损伤将带来不必要的裂隙气体泄漏,导致注气失败。     

考虑管内压力损失及地层渗透扩散效应的顺层孔压力分布规律研究

以地面定向钻井压水试验中不同顺层段位置处的压力分布规律为研究目标，采用理论分析结合数值模拟的综合研究手段，建立顺层段压水试验的压力求解理论模型及数值计算模型，在所得理论结果与数值结论相互印证的基础上，进一步探讨不同顺层段位置处压力的分布规律，并对影响压力分布规律的各因素进行了系统分析。结果表明：管路1(由地表进入地层的垂直段)与管路2(连接垂直段与顺地层裸孔段的造斜段)中压力沿管路逐渐增大，在直线段呈线性增长，在弧线段呈幂指数型增长，管路3(顺地层的裸孔段)中压力沿管路方向逐渐降低，且下降的幅度逐渐减小；地层渗透系数对于管路3压力的影响较大，在高渗透地层中，流体更易从管路中向地层中渗流，管路压力下降快；而对于低渗透地层，流体主要在管路中流动，管路压力下降幅度较小。