基于流体动力学和孔隙弹性耦合的煤体不同气体渗透规律研究
孙珍平
中煤科工集团沈阳研究院有限公司,辽宁 抚顺 113122;煤矿灾害防控全国重点实验室,辽宁 抚顺 113122
摘要：煤储层渗透性演化规律是煤层气开发中关系产能提升的关键问题之一.渗透率不仅受裂隙结构的几何特征控制,同时受到流体性质及其与煤体相互作用方式的显著影响.为系统揭示煤体在不同气体与应力条件下的渗透响应特征,以山西东洼南煤矿的 2 组煤样(M1、M2)为研究对象,通过系统的三轴渗流试验,分别选用惰性气体(He、Ar)与吸附性气体(N2、CH4、CO2),在多级有效应力水平下开展系列渗透性测试试验.试验结果表明:表观渗透率(kapp)随孔隙压力升高呈下降趋势,且受围压显著抑制,kapp(He)>kapp(Ar)≥kapp(N2)>kapp(CH4)>kapp(CO2),其中He表现渗透率最高,CO2 表现渗透率最低;即使在对滑脱效应进行修正之后,相同样品在相同应力条件下由不同气体测得的表观渗透率仍存在明显差异;零有效应力渗透率和滑脱校正渗透率均随孔隙压力的增加而降低;吸附膨胀和裂隙闭合的持续影响表明,传统基于理想气体和达西定律的假设不足以描述真实煤储层中气体渗流行为;滑脱效应在低压区主导渗透率增强,而在高压区以弹性压缩为主导,两者协同作用形成非线性渗透率-应力关系;计算裂隙体积压缩系数,2 组样品的压缩系数均介于 0.054～0.059 MPa-1 之间;尽管在高孔隙压力条件下两者表现一致,但在低孔隙压力下,裂隙较窄的样品表现出更显著的滑脱效应.研究揭示了煤体渗透性演化过程中,滑脱效应(流体动力学过程)与裂隙压缩性(孔隙弹性特征)之间的耦合机制,为深层煤层气开发提供了重要的理论支撑.
关键词：煤层气开发煤储层渗透性滑脱效应裂隙压缩性流体动力学孔隙弹性表观渗透率孔隙压力
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(U23A20601)
论文发表日期：2025-09-30
在线出版日期：2025-09-12（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 122-133 )
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