低渗煤岩CH4渗透特性和压力演变研究

"低渗煤样CH4非线性压力分布与渗透率演化的研究通过COMSOL Multiphysics数值模拟软件展开，旨在探讨煤岩在全应力-应变过程中的渗流特性。研究中，作者结合达西定律与固体力学原理，分析了张集矿煤岩试件内甲烷气体的渗透行为。结果揭示了甲烷在煤样的非饱和渗透过程中，初始阶段气体压力呈现出显著的非线性分布，但随着时间推移，压力分布逐渐趋向线性。同时，研究发现围压与煤岩的屈服强度正相关，而与渗透率呈负相关关系。此外，低渗透煤岩的流固耦合渗流效应在这一过程中表现得尤为突出。" 这篇摘要介绍了一项针对低渗煤岩气体渗透特性的科研工作，其中涉及的关键知识点包括： 1. **低渗煤岩**：具有较低渗透能力的煤层，这使得气体（如甲烷）在其中的流动特性变得复杂，研究这类煤岩对于理解和预测煤层气的开采效率及环境影响至关重要。 2. **COMSOL Multiphysics**：这是一个强大的多物理场仿真软件，用于模拟和分析各种工程问题，包括流体动力学、固体力学等，此处被用来模拟煤岩中的气体渗透过程。 3. **全应力-应变过程**：煤岩在开采或自然作用下经历的力学变化，包括应力和应变的变化，这些变化会直接影响煤岩的结构和渗流特性。 4. **耦合渗流**：流体流动与煤岩变形相互作用的过程，即流体流动（如甲烷）导致煤岩变形，而煤岩的变形又反过来影响流体的流动，这种效应在低渗煤岩中尤其显著。 5. **非线性压力分布**：在甲烷渗透初期，煤岩内部的压力分布不均匀，呈现出明显的非线性特征。这可能与煤岩的孔隙结构、气体扩散以及应力状态有关。 6. **渗透率演化**：随时间的推移，煤岩的渗透能力会发生变化，研究发现渗透率与压力分布的关系从非线性逐渐过渡到线性，这可能反映了煤岩结构的调整或破坏。 7. **围压与屈服强度**：围压是煤岩受到的外部压力，与煤岩的屈服强度正相关，即压力越大，煤岩越难以发生塑性形变；而渗透率则在高围压下降低，暗示了压力对煤岩孔隙结构的影响。 8. **流固耦合效应**：在低渗煤岩中，气体流动与煤岩的机械响应相互影响，导致复杂的渗流行为。这种效应在研究中被强调，意味着在实际应用中必须考虑这种相互作用。 这项研究的结果对于理解和预测低渗煤岩中的甲烷排放、煤层气的开发策略以及地质灾害的预防具有重要的科学价值和实践意义。