文摘

本文提出了一种改进的耦合建模方法对煤层气水力压裂后提取。基于损伤力学理论,我们引入一个状态损伤变量来记录损伤的变化在不同的时间和构建渗流场的耦合控制方程和水力压裂过程中固体力学领域。然后,水力压裂模拟的结果作为初始值为煤层气开采执行耦合建模。方法由不同模块的组合实现COMSOL解决状态损伤变量,位移和压力。此外,使用两个2 d数值例子来验证这种方法的精度,和3 d煤层气开采模拟进行分析提取效果和渗透率的演化特征水力压裂前后。数值例子表明,该耦合建模方法不仅可以简化CwM方法的计算步骤,减少数值错误引起的,但也损害特征,孔隙度、渗透率、和提取效应引起的水力压裂煤层渗透率各向异性。

1。介绍

近年来,剧烈的煤层气资源开发和提取技术的提高,在一定程度上,全球能源短缺形势已经缓解(1,2,煤矿瓦斯事故的发生率也大大减少(3- - - - - -6]。水力压裂法通常用于提高煤层的透气性,促进煤层气的有效开发。然而,这是有争议的,因为压裂液或气体泄漏和污染地下水引起的水力压裂法(7]。因此,背景下水力压裂带来的巨大的经济效益和相应的风险,许多数值方法预测多孔介质水力压裂的影响已经出现。

多孔介质的水力压裂数值方法如煤层或页岩一般可以分为分为连续和不连续方法(8]。是很常见的连续使用特殊元素来模拟水力压裂的方法和技术(9- - - - - -15]。不连续方法强调的方面和大位移不连续的行为。他们正在开发基于许多不连续岩体(16,17),所以他们更受欢迎的模拟损伤和失效行为。但是很难模拟孔隙度和渗透率的演化和煤层气水力压裂后提取的影响。主要煤层的孔隙和裂隙渗透和大量的水力压裂后产生二次骨折。煤层的孔隙度和渗透率显著增加,煤层气是容易被抽出。一些学者[18- - - - - -21]分析了水力压裂在煤层气开采的影响,基于连续的方法。其中,一种方法基于COMSOL MATLAB (CwM)是广泛使用的。该方法不仅可以模拟煤层水力压裂也分析不同因素对耦合效应的煤层气开采的影响。水力压裂模拟基于CwM的方法主要用于提取应力,应变,从COMSOL文件和其他数据在单位时间步的形式通过MATLAB矩阵数据点,并在MATLAB来确定损伤。损伤变量、弹性模量和其他参数的初始值在这个步骤中被COMSOL文件在下一个时间步。该方法的精度主要取决于单位时间步的大小和密度矩阵数据点。一个合理的单位时间步和矩阵数据点密度可以使仿真结果更真实。然而,由于这种方法是基于矩阵的损伤判断数据点而不是离散网格,该方法的实现过程变得非常繁琐的不规则几何模型时。此外,当一个长期水力压裂模拟执行,大量COMSOL文件需要存储,这很容易导致内存不足等问题和困难在数据后处理。

煤层被视为典型的dual-pore系统组成的微孔矩阵和骨折,其中包含大量的甲烷吸附甲烷和自由。不仅是煤层气也是水库的来源。煤层气开采是一个典型的多个物理场耦合的过程,这是受多种因素影响如原位应力、甲烷吸附/解吸,地下水,孔隙度和渗透率。夏et al。22]分析了煤变形的耦合机制,在煤层甲烷交通、气流和提出了一种耦合组成模式。胡锦涛et al。(23和王et al。24,25]的影响考虑煤变形引起的甲烷吸附或解吸建立气固耦合模型。李等人。26,27和元et al。28)被认为是影响煤的变形引起的甲烷吸附和解吸,煤层温度和地下水和建立了thermo-fluid-solid耦合模型。风扇等。21]分析了法律非达西渗流的影响在煤层气开采压裂的情况下损害基于thermal-fluid-solid耦合模型。然而,由于煤层的孔隙和裂隙的分布呈现明显的随机性,煤层气开采过程中的迁移过程显示各向异性特征。渗透率,煤层气开采的关键因素之一,主要是控制煤层气的渗流速度在骨折和骨折是煤层气的主要运移通道,也影响渗透率的主要因素29日- - - - - -31日]。因此,在煤层裂隙的各向异性特征可以归因于渗透率各向异性的煤层气开采的过程。顾et al。32),吴et al。33,刘等人。34]分析了渗透率各向异性对煤层甲烷运移的影响,建立了渗透率各向异性耦合模型。

本文基于CwM的方法和迁移特点,煤层气在煤层中,我们使用了状态变量来确定损伤COMSOL并结合其multifield耦合特征进行耦合建模为煤层气水力压裂后提取。前后和煤层气开采的影响水力压裂模拟和分析。本文组织如下。我们开始一个简短的介绍为煤层气水力压裂建模和耦合建模提取部分2。节3,我们目前的数值实现方法和一些二维数值例子煤层气水力压裂后提取COMSOL多重物理量。最后,我们以3 d数值例分析煤层气开采的影响水力压裂后部分4。

2。耦合模型控制方程

2.1。水力压裂法建模
2.1.1。损伤演化模型

煤岩包含矿物颗粒、水泥和大量的毛孔和骨折。这是一个复杂的固体材料中形成自然经过数亿年的地质演化和构造运动。它具有明显的非均质性特征。煤岩在外部负载的异质性显著影响其破坏性的行为。它可以认为是由大量的代表元素卷(转速),及其异质性特征可以通过材料的威布尔分布参数不同的转速在物质空间(35]。开发了大量的骨折煤层由于高压水扰动和地质构造应力的共同作用,导致损伤。弹性模量的转速可以描述为煤层 在哪里 和 之前和之后是转速的初始弹性模量损伤,MPa,然后呢 是状态损伤变量,它是一个历史相关的状态变量时间和应变张量。之间的关系 和damage-driven进化功能 满足库恩塔克条件,可以被描述为, 在哪里 是时间, ,和 应变张量在时间吗 。

它可以看到从方程(2),当 , (0, ),它是用来描述初始损伤,这是用来描述造成的损害钻井水力压裂前或其他措施。如果初始伤害被忽略, (0, )= 0。当 , damage-driven进化函数之间的大的值吗 在时间 和 在时间 和damage-driven进化功能 被定义为 在哪里 和 最大抗拉和抗压主应变, , ; 和 极限抗拉强度和抗压强度,爸爸; 和 是第一个和第三个主要菌株;和 和 拉伸和压缩的损伤阈值是在转速。

在水力压裂过程中,当牧师的应力状态满足最大拉应力准则,煤层的拉伸破坏。同样的,当应力状态符合Drucker-Prager标准,产生剪切破坏。他们可以描述如下: 在这 , ,在哪里 , ,和 是第一、第二、第三主应力,Pa; 内摩擦角,°;和 凝聚力,Pa。

2.1.2。控制方程

在水力压裂过程中,高压水流入通过压裂煤层钻孔和造成损害。煤层的孔隙和裂隙进一步发展;煤层的渗透率也显著提高。它的结果是固体力学场和渗流场的耦合。因此,固体力学场和渗流场在水力压裂可以表示由以下方程: 在哪里 材料密度,公斤/米3; 位移场的变量, ; 是时间, ; 柯西应力张量,Pa; 是水毕奥系数; 水压力,Pa; 重力加速度,m / s2; 裂缝孔隙度; 压缩因子, ; 是水流速,m / s;和 源项。

方程(5)是固体力学领域;第三项的方程是用来描述水压力的影响在固体力学领域,应用体积负荷的形式。方程(6)是存储水多孔弹性模型的控制方程;流速度 遵循达西定律,它被定义为以下: 在哪里 是水动力粘度、Pa。年代, 裂缝渗透率,m2。

水力压裂的损伤积累,煤层的孔隙度和渗透率增加受损区域的发展,使水更容易进入煤层,从而促进水力压裂的效果。孔隙度和渗透率的演化在水力压裂可以表示如下: 在哪里 和 初始裂缝孔隙度和渗透率; 损伤后孔隙度系数的增加;和 是损伤后增加的渗透系数。

用方程(7)和方程(8)方程(6),方程(6)可以写成

方程(5)和方程(9)是机械领域的控制方程和水力压裂的渗流场。

2.2。煤层气开采的耦合模型
2.2.1。渗透率各向异性进化模型

根据文献[26,27),煤层气和迁移矩阵存在于吸附和游离状态,只有自由甲烷存在于骨折。假设甲烷扩散矩阵主要是运送到骨折,和少量的甲烷是由渗流运往骨折(图1)。在这个过程中,甲烷扩散之前菲克定律和渗流遵循达西定律。甲烷在骨折迁移气井的渗流,和渗流速度主要取决于骨折开放和气体压力差。然而,煤层渗透率断裂具有明显的各向异性由于不同的断裂开 ( )在不同的方向。


图1
甲烷从矩阵骨折迁移模式。

骰骨骨折模型,如图1,初始裂缝孔隙度和渗透率可以得到以下方程(19)) 在哪里 矩阵的大小,m; 初始裂缝渗透率在吗 方向,米2;我,j=x,y,z笛卡儿坐标,表示三个方向;和 和 开放程度的断裂垂直于方向 和 ,m。

采取 方向为例,单位体积应力和应变之间的关系 在哪里 单位体积内的体积应变吗 方向; 和 朗缪尔应变常数和压力恒定; 矩阵甲烷压力增量,Pa; 改善骨折刚度,Pa; 体积弹性模量,Pa;和 和 是煤的应力增量矩阵和骨折,分别。

矩阵和骨折的有效应力增量等于总增量 ;也就是说, (33),然后,方程(11可以修改)

在煤层中,骨折开放程度增加 密切相关的有效应力增量和初始裂缝开度,和它的价值可以通过吗

然后,裂缝孔隙度 在煤层中

根据渗透率立方定律,裂缝渗透率 方向是

同样,渗透率 和 方向是 在哪里 代表了裂缝渗透率 方向,米2, 和 裂缝开度,开放程度增加垂直于 方向,分别,m。

煤的孔隙度矩阵被定义为 在哪里 在哪里 是初始矩阵孔隙度; 是甲烷毕奥系数矩阵; 矩阵体积弹性模量,Pa; 是泊松比; 是体积应变;和 是矩阵甲烷压力,Pa。

煤的渗透率矩阵可以被描述为 在哪里 是初始基质渗透率,m2。

方程(14)是裂缝孔隙度方程,方程(15)和方程(16)裂缝渗透率方程考虑各向异性。方程(17)和方程(19孔隙度和渗透率方程矩阵渗透率。

2.2.2。控制方程

基于假设煤具有双重孔隙度和双渗透率和上面的进化方程矩阵和裂缝孔隙度和渗透率,根据质量守恒方程,甲烷的迁移方程可以描述为矩阵和骨折 在哪里 是朗缪尔体积常数,米3/公斤; 甲烷的动态粘度,宾夕法尼亚州的; 和 标准条件下甲烷的温度和压力; 煤层的温度; 甲烷解吸时间、年代; 甲烷的摩尔质量,公斤/摩尔; 摩尔常数; 甲烷在骨折的压力,Pa;和 是克林肯伯格因素,Pa。

同样,基于纳维方程,煤层气迁移的应力场控制方程可以修改 在哪里 剪切模量,Pa; 是骨折甲烷毕奥系数;和 是体积力,Pa。

方程(20.)和方程(21)是煤层气开采的控制方程考虑煤层的渗透率各向异性。

3所示。实现方法和模型验证

3.1。实现方法

耦合模型控制方程2可以实现在软件COMSOL稳定的物理模拟煤层气水力压裂后提取。机械领域和水渗流场的水力压裂模型采用修改后的固体力学模块和达西定律模块。机械领域,矩阵甲烷渗流场,骨折甲烷对煤层气渗流场提取采用修改后的固体力学模块和系数形式PDE模块。之间的关系可以被描述在图使用的所有模块2,这表明,煤层气开采模拟水力压裂后可以进行以下两个阶段:


图2
所有的模块之间的关系。
3.1.1。我阶段:水力压裂阶段

在这个阶段,水的压力 的渗流场的形式应用于机械领域的身体负荷。水压力的共同作用下 和其他负载,当牧师满足破坏准则(方程(4))、损伤发生和危害的damage-driven进化功能 。与此同时,损伤变量 记录此刻的伤害并将其传输到弹性模量 启的一些元素节点的弹性模量减弱,应力场的调整。和孔隙度 和磁导率 受损区域的转移到水渗流场,实现机械领域的耦合效应和水渗流场。

3.1.2。第二阶段:煤层气开采阶段

损伤变量的状态 ,弹性模量 ,孔隙度 ,和磁导率 最后的时间步的阶段我被用作初始变量模拟进行煤层气的开采。这一阶段主要涉及固体力学场的耦合关系,矩阵甲烷渗流场,断裂的甲烷渗流场。它可以看到从方程(20.),矩阵甲烷压力和裂缝甲烷压力的一个变量在最初的彼此,有一个两个字段之间的物质交换。都和吸附甲烷应变行为的进化固体力学的应力应变场。固体力学的应力-应变演化反过来作用于矩阵甲烷渗流场和骨折甲烷渗流场的孔隙度和渗透率。

图3是我们的实现方法的流程图煤层气水力压裂后提取COMSOL多重物理量。细节如下:(1)为所有字段在全球定义节点设置参数;(2)创建两个输入变量节点损伤变量和提取变量,分别创建一个状态变量节点损伤变量输入状态 ;(3)创建2 d或3 d几何;(4)建立了固体力学模块,达西定律模块、系数形式PDE ( ),和一种系数PDE ( ),和输入参数,变量,初始和边界条件,并采取标准拉格朗日元素使离散空间域各个领域;(5)选择固体力学模块和达西定律模块,禁用系数形式PDE模块,创建和优化几何网格;(6)选择解算器和设置公差来解决和存储数据。这里应该注意,迭代收敛速度是缓慢的,和有必要选择一个单独的解决者和使用安德森加速度方法加速收敛(36]。(7)更新变量如弹性模量 ,状态损伤变量 ,孔隙度 ,和磁导率 ;(8)选择固体力学模块和PDE模块的系数形式,禁用达西定律模块,创建和优化几何网格;和(9)重复步骤(6)。


图3
COMSOL实现煤层气水力压裂后提取。
3.2。模型验证

在本节中,我们已经进行了2 d水力压裂模拟和2 d煤层气开采模拟水力压裂后。在水力压裂模拟中,我们测试了不同注水压力的影响煤层压裂的效果。在煤层气开采模拟,介绍了渗透率各向异性系数测试渗透率各向异性的影响水力压裂和煤层气开采的影响。压裂的影响,提取一个垂直井煤层主要发生在墙上的气井。如果模拟煤层范围太大,它会消耗大量的计算资源,采取措施如弹性模量和强度的异质性和网格细分的,和数值模拟的准确性难以保证。因此,模拟都进行几何如图4。几何尺寸是10米×10米,中间有一个圆孔的几何中心孔直径是0.1米。


图4
二维几何用于模拟。
3.2.1之上。水力压裂模拟

周围的边界几何是设置为固定边界的固体力学领域和不透水边界水渗流场,和中央孔设置喷水孔。和下面的材料参数采用: , , , , , , ,和 。注水持续120分钟,我们选择注水压力 , , ,和 进行仿真分析。域的网格生成,包括8408个元素,使用免费的三角网方法。

损伤变量的状态 用于记录受损区域的煤层,曲面积分的吗 在模拟域可以获得受损区域的分布。图5受损区域的分布在煤层在不同注水压力在5分钟。的材料模拟域符合威布尔分布,渗透率是设置为各向同性,受损区域的分布是呈放射状向外从中央黑洞。从图可以看出6受损区域的大小增加水压力的增加,呈现出逐渐增加的趋势,然后稳定,和注水压力越大,时间越长对受损区域发展。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
图5
受损区域的分布在不同注水压力在5分钟。(一) ,(b) ,(c) ,和(d) 。

图6
受损区域的大小在不同注水压力。

基于几何图4,该方法比CwM方法(18- - - - - -21)来验证其精度。数据7和8受损区域分布云图和受损区域大小变化曲线,分别CwM方法在不同时间的步骤 注射压力时,该方法 。从破坏区分布可以看到,有一些损伤分布的两种方法的差异;同时,只有时间步 CwM的方法类似于该方法。受损区域的大小显示为CwM, , , , 。CwM方法的损伤面积大小与时间步长增加 。使用CwM的方法来模拟水力压裂时,获得的总伤害的累积损伤模拟在一个单位时间内生成的步骤。更长的时间步长将导致更大的累积误差的仿真。当时间步小,误差可以减少,但是由于时差的损伤变量和变量的更新的应力场和渗流场,很容易导致不完整的受损区域的发展和低估了大小。此外,由于该方法的原理是基于MATLAB的矩阵数据点之间的相互转换,在COMSOL几何网格,因为矩阵数据点和网格并不一一对应,有一个小错误。然而,该方法进行COMSOL几何网格,和国家损伤变量 实时更新与因变量水压力和位移等解决时,可以在一定程度上避免这些问题。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
图7
CwM的受损区域分配方法,该方法在5分钟。(一)CwM, ;CwM (b), ;CwM (c), ;和(d)方法, 。

图8
受损区域的大小CwM方法和该方法。
3.2.2。煤层气开采模拟水力压裂后

根据节3所示。1水力压裂后,煤层气开采模拟可以分为两个阶段。在I期、边界条件和参数类似于水力压裂模拟,并设置为注水压力 。在第二阶段中,周围的边界几何图4被设置为固定边界的固体力学领域和甲烷的不透水边界渗流场,和中央孔设置排水洞。煤层气开采的相关参数如下: , , , , , ,和 。和几何中的点米渗透率监视点。分析渗透率各向异性的影响,我们引入了一个各向异性系数 描述煤层裂缝渗透率的演化特征, ,λ∈(0,1)。各向异性系数 , , ,和 采用仿真分析。煤层气开采模拟持续180天。

从图可以看出9主要发展在受损区域大小 煤层在不同方向各向异性系数。随着各向异性系数 ,受损区域的大小 方向逐渐降低,而受损的面积大小 方向逐渐增加。受损区域和总尺寸各向异性系数的增加而增加 (图10 ())。气体压力的分布在图11显示明显的各向异性特征。各向异性系数越小 是,更大的气体压力分布的区别吗 方向和 是方向。图10显示了受损区域大小和天然气产量在不同各向异性系数。受损区域的发展是受渗透率的各向异性的影响。当 ,受损区域的发展是缓慢的,损坏的开发时间持续100分钟。当 ,受损区域的发展更快,持续100分钟。这是由于渗透率 方向模型小, 方向是主要的注入水的渗流方向。受损区域的水压力在短时间内是不够导致的失败的煤的身体。它需要连续注水受损区域的水压力进一步增加骨折。煤层气产量也显示了一个逐步降低随着时间的增加(图10 (b))。受损区域的渗透性增加,气体更容易被抽出,而未受损区域的气体渗透率较低,气体不容易抽出。

(一)
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(b)
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(c)
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(d)
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图9
受损区域的分布在不同的各向异性系数在120分钟。(一) 1,(b) ,(c) ,和(d) 。
(一)
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(b)
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图10
受损区域大小和天然气产量在不同各向异性系数。(一)受损区域的大小;(b)气体产率。

图11
气体压力分布在不同的各向异性系数在180天。(一) ,(b) ,(c) ,和(d) 。

图12显示了矩阵和裂缝渗透率的演化规律点米在第二阶段。总体趋势的多项式矩阵和裂缝渗透率的比值随着时间的增加,增加和基质渗透率的增加大于裂缝渗透率、裂缝渗透率的增加比率 方向大于 方向。随着各向异性系数的增加,矩阵和裂缝渗透率的比值显著增加。

(一)
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(b)
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图12
基质渗透率比值和裂缝渗透率比值在不同各向异性系数:(a)基质渗透率比和(b)裂缝渗透率比。

4所示。数值例子

4.1。数值模拟方案

为了进一步研究该方法的可行性,本节进行了三维模拟煤层气水力压裂后提取基于实际的工程背景。采取的一个分支multibranch井为例,几何模型如图13建立了研究煤层气水力压裂后提取的影响。物理模型的大小是50 m×50米×5.6米,高度为5.6米的垂直井是位于中间的模型xy飞机,和水平分支井长度20米位于2.8米的煤层地板,这是与垂直。天然气井的直径是0.1米,煤层的埋藏深度是320米,厚度是5米,气体压力为1.32 MPa。和其他数值模拟参数如表所示1。


图13
几何模型进行数值模拟。
表1
数值模拟的参数。

初始边界条件如下:模型的顶部受上覆地层的压力,是一个固定的边界,底部和四个侧面滑动边界。和物理模型的外边界的不透水边界是煤层气和水。最大磁导率 方向。AB线是空气压力和水压力监测线,这是在同一个平面上的中心轴水平井,和C点一点AB线,用于监控渗透率的演化。仿真方案分为两个阶段。在舞台上,我的边界水平井注水压力边界,设置注射压力 ,和水注入持续480分钟。在第二阶段中,有两种方案的煤层气开采前后的水力压裂。的边界水平井和垂直排水边界,设置和提取时间是1000天。

4.2。水力压裂的模拟结果

直观地描述煤层水力压裂的影响,我们做了两个横截面沿中心轴上的水平井xy飞机,yz平面模型并绘制损伤的区域分布和水压力分布云图如图14。它显示了受损区域分布和水压力压裂时间是5分钟,50分钟,480分钟。在压裂的初始阶段,受损区域和水主要分布在水平井的压力。随着时间的增加,慢慢受损区域扩大,已从过去的水压力分布模型的边界水平井。


图14
受损区域和水压力的分布在不同的压裂:(a)分布的受损区域和(b)的水压力。

结合图(15日)可以看出,受损区域的扩张主要发生在初始阶段的压裂。大约120分钟后,受损区域的大小往往是总体稳定,尽管会有少量增加。水压力在C点随着时间的增加,但其增加幅度逐渐减小。图15 (b)显示了AB的水压力分布曲线在不同的时间。25米的距离是水平井和垂直的结好了,那里的水是10 MPa的压力。附近的煤层水力压裂的影响,这里已经损坏,所以,水压力在不同的时间是这附近高于远离这里,和水压力随距离的增加而减小。随着压裂时间的增加,AB水压力明显增加。

(一)
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图15
受损区域的大小和水压力:(a)受损区域大小和水压力在C点和(b) AB的压力。
4.3。煤层气开采的仿真结果

基于云计算的图表绘图方法在图14,我们添加了一个垂直于水平井的部分xz平面分析煤层气开采的气体压力分布水力压裂前后,如图16。从图可以看出16,水力压裂后气井附近的气体压力比以前大大降低压裂,并随着提取时间的增加,低压气体压力区域逐渐向外扩展,扩展范围明显大于前压裂。在煤层气开采的早期阶段,气体的低压区主要分布在气井的压力。影响渗透率的各向异性,气体压力分布压裂前后延伸沿最大渗透率随着萃取时间的方向。


图16
气体压力分布在压裂压裂后不同时期:(a)的气体压力分布在压裂和(b)压裂后的气体压力分布。

从图可以看出(17日)水力压裂后的气体压力在不同萃取时间比以前大大降低压裂,气井越接近,气体压力越低。当提取时间是1000天,压裂前的气体压力急剧增加,然后逐渐随距离的增加而减小的气井。有一个拐点约13米和37米;煤层气开采的影响逐渐降低。压裂后,气体压力增加而增加天然气井的距离,形成一个明显的压降漏斗,和开采范围的影响明显大于压裂前。图17 (b)后显示,累计生产的煤层气压裂压裂前显著大于。当提取时间是700天,累计生产压裂后小拐点。可以看出,水力压裂的影响逐渐减小,气体产率是逐渐减少。

(一)
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图17
气体压力和累积生产压裂前后:(a)气体压力的AB和(b)累积煤层气的生产。

水力压裂后,受损区域的孔隙度和渗透率显著增加,促进煤层气天然气产量的增加。点C的压裂前后的区域,它可以从方程(15)- (16)和方程(19)矩阵的渗透率和裂缝主要是由初始压力和甲烷的吸附/解吸压力。由于压裂后天然气产量的增加,甲烷吸附解吸的增加,间接导致渗透率的增加。从图可以看出18,渗透率比值变化的总体趋势曲线如下:随着提取时间的增加,基质和裂缝渗透率表现出多项式增加,基质渗透率的增加大于裂缝渗透率。矩阵和裂缝渗透率的增加大大压裂后,煤层气水力压裂的结果和提取。裂缝渗透率比值的变化趋势 和 水力压裂前方向基本上是相同的,表明渗透率各向异性对他们也有类似的影响,而水力压裂后他们之间是有区别的。可以看出,水力压裂不仅可以通过压裂提高煤层渗透率伤害但也间接增加煤层渗透率增加煤层气的生产。

(一)
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(b)
(b)
图18
矩阵压裂前后的渗透率比和裂缝渗透率比压裂:(a)基质渗透率比和(b)裂缝渗透率比。

5。结论

(1)一种改进的耦合建模方法提出了煤层气水力压裂后提取。它主要包括两部分:水力压裂对煤层气开采建模和耦合建模。在第一部分中,我们介绍一个国家基于损伤力学理论的损伤变量来记录损伤的变化在不同的时间并将其与经典的结合多孔弹性理论建立渗流场的耦合控制方程和水力压裂过程中固体力学领域。在第二部分中,基于双孔隙度和双渗透率耦合模型的微孔矩阵和骨折在煤层中,我们考虑裂缝开度的影响在不同的方向渗透率的演化和构造耦合的煤层气开采模式。两者之间的关系如下:第一部分的数值模拟结果,如弹性模量损伤变量,孔隙度、渗透率,作为第二部分的初始值进行仿真分析(2)耦合建模方法实现COMSOL多重物理量采用固体力学模块,达西定律模块,和系数形式PDE模块解决状态损伤变量,位移,顺序和压力。和一个2 d水力压裂模拟和2 d煤层气水力压裂后提取仿真验证该方法的可行性。此外,一个3 d煤层气开采模拟用于分析煤层气开采的影响水力压裂前后和渗透率的演化特征(3)所有数值例子表明,该耦合建模方法不仅可以简化CwM方法的计算步骤,减少数值错误引起的,但也损害特征,孔隙度、渗透率,影响煤层气开采引起的水力压裂煤层渗透率各向异性

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称他们没有竞争的经济利益或个人关系可能出现影响工作报告。

确认

这项研究是由中国国家自然科学基金资助(批准号。52174117,52174117),基础研究项目的辽宁省教育部重点实验室(批准号LJ2020JCL005),中国博士后科学基金会支持的项目(批准号。2021 t140290, 2020 m680975)。本文受益于有价值的合作编辑和其他匿名评论者的评论和建议。