分形毛细管束中溶质对流-扩散传质行为研究
金毅1
黄欢2
宋慧波1
郑军领2
董佳斌3
董文浩2
1.河南理工大学 资源环境学院,河南 焦作 454000;煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心,河南 焦作 454000;中原经济区煤层(页岩)气协同创新中心,河南 焦作 4540002.河南理工大学 资源环境学院,河南 焦作 4540003.河南理工大学 资源环境学院,河南 焦作 454000;煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心,河南 焦作 454000
摘要：探明煤层气在煤储层中的运移规律对煤层气高效开发和产能评估至关重要.煤层气在储层通道中的运移隶属对流、扩散的耦合,受限于孔隙结构复杂形貌,而传统连续介质理论难以准确表征孔隙结构多尺度分形特征对对流-扩散耦合输运过程的控制性作用.目的 为了深入阐释复杂多尺度孔隙结构中煤层气对流-扩散耦合传质的内在机理.方法 首先,依托分形拓扑理论构建分形毛细管束模型,以定量表征孔隙结构的几何异质性与拓扑连通性;其次,结合经典Taylor-Aris方程,推导耦合孔隙结构尺度不变特征的溶质对流-扩散数学传质方程;最后,借助格子Boltzmann方法模拟分形毛细管束中溶质的对流-扩散过程,并阐释了孔隙结构分形特征对溶质输运的影响机制.结果 结果表明,对流-扩散数学传质方程可精准预测溶质有效扩散系数,具有较好的适配性;管道弯曲度分形维数、缩放间隙度、最大管径等孔隙结构特征参数制约着溶质对流-扩散行为.具体地,管道弯曲度分形维数反比于有效扩散系数,而缩放间隙度和最大管径与有效扩散系数呈良好正相关关系,并以控制流体流速的形式影响溶质对流-扩散过程.结论 研究结果可为煤储层中煤层气复杂运移规律研究提供理论与方法参考,进而为煤层气产能精准预测及储层压裂改造方案的优化提供理论支撑与决策支持.
关键词：对流-扩散毛细管束分形拓扑有效扩散系数格子Boltzmann方法
分类号：P618.11(矿床学)
资助基金：国家自然科学基金(41972175)河南省高校科技创新团队项目(21IRTSTHN007)河南省高校基本科研业务费专项(NSFRF220204)河南省科技攻关计划项目(232102320351)
论文发表日期：2025-07-31
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 124-133 )
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