基于非理想气体流动模拟的无烟煤纳米孔隙中CH₄流动规律

刘世奇¹，桑树勋²，MA Jingsheng³，王鑫⁴，方辉煌²，王鹤²，高德燚²

1. 中国矿业大学低碳能源研究院江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室2. 中国矿业大学资源与地球科学学院煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室3. 赫瑞-瓦特大学石油工程学院4. 海洋仪器仪表研究所齐鲁工业大学(山东省科学院)

摘 要：基于沁水盆地南部无烟煤纳米尺度渗流网络模型,开展了考虑滑流、扩散、气体解吸/吸附和达西流动的CH₄运移渗流物理仿真模拟,探讨了无烟煤纳米孔隙视渗透率和CH₄的微观流动形态.研究发现,渗流物理仿真模型量化了滑流、扩散以及气体性质对视渗透率的作用,受CH₄滑流和扩散的影响,无烟煤纳米孔隙的视渗透率大于达西渗透率.无烟煤纳米孔隙视渗透率与切向动量协调系数（β）、气体压力和孔径具有显著的负指数关系;Knudsen数（Kn）随气体压力降低和孔径减小,以非线性趋势增加,受其影响视渗透率表现为非线性气体压力关系;滑移系数则随β和气体压力的降低而升高.当β<0.1、气体压力小于等于8 MPa时,孔径为2～50 nm的中孔和孔径为50～100 nm的大孔中的滑流和扩散作用迅速增大,对CH₄产出和煤层气开发效率至关重要.

关键词：达西渗透率;视渗透率;扩散;滑流;孔裂隙渗流网络模型;