特征线法研究煤层双重介质渗流

摘要

煤层不是单纯孔隙介质，而是典型的双重介质中的双孔介质。为深入在理论上研究煤层注水驱气过程中流体的流动，按照煤层系双重介质的实际情况，建立水在煤层中平面径向流动微分方程组，首先讨论无吸渗作用，即水不湿润煤层的双孔介质平面径向流。在此条件下，考虑到煤层孔隙喉径，隙间无流体流动，仍为单一裂隙渗流，其水气驱替与单纯孔隙水气驱替相近，渗流为稳定流时情况也与此相同。然后讨论有吸渗作用，煤层注水首先进入裂隙系统驱气，并将基质块孔隙空间包围，当水为湿润流体时，由于吸渗作用，水分子将沿基质块孔隙壁进入孔隙空间，将其中的气体挤出孔隙进入裂隙，因而在水驱气后，区域将成为具有不同饱和度的水气两相流。 本文采用更接近于煤层实际的孔隙—裂隙结构的双重介质模型，对煤层注水问题进行研究，首先对双重介质渗流以及双重介质渗流的微分方程进行阐述，然后再在煤层渗流是双重介质基础上，建立双重介质煤层注水驱气的平面径向流的微分方程和双重介质煤层水气驱替基本方程，讨论裂隙渗流为稳态流动的条件，并对在稳定流动情况下注水驱替的问题进行研究讨论，首次推导在任意煤层注水平面内直角坐标系下的特征线方程，并推导出特征线解。本论文的为以后煤层气开采以及相应的数值计算提供重要的理论依据。

目录

文摘

英文文摘

1前言

1.1引言

1.2渗流力学的发展和历史

1.3煤层注水双重介质渗流的研究现状

1.4研究目标和研究内容

1.5研究方法

2煤层内流体的流动的基本概念和基本方程

2.1引言

2.2岩石、煤的孔隙性、裂隙性

2.2.1岩石、煤的空隙性

2.2.2煤的空隙结构

2.3煤岩流体力学的连续介质方法

2.4水头、水力梯度和渗流速度

2.5达西定律与非线性运动方程

2.6本章小结

3特征线解法的基本理论及其应用

3.1单个偏微分方程的情况

3.2两个偏微分方程的方程组的情况

3.3特征线法求解裂缝性地层污水对流方程[26]

3.4结论

4特征线法在求解单重介质数学模型中的应用

4.1在单重介质中两相流体线性渗流

4.1.1两相椭圆渗流的特征线解

4.1.2水平径向椭球渗流的特征线求解

4.2单重介质中两相流体非线性渗流

4.2.1两相非达西渗流模型及其解

4.2.2径向非达西渗流数学模型及其解

4.3本章小结

5煤岩的双重介质的定义以及注水驱气渗流

5.1双重介质模型

5.2双重介质中渗流微分方程的建立

5.3双重介质煤层注水驱气机理

5.4双重介质煤层注水驱气基本方程

5.5双重介质两相流体渗流数学模型及其特征线方程

5.6双重介质两相线性渗流的特征线求解

5.7本章小结

6.结论

致谢

参考文献

研究生期间发表的论文