[發(fā)明專利]原位傾斜煤層主滲透率張量卸瓦斯壓力響應行為表征方法

有效

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• 申請日: 2019-05-16
• 公開（公告）號: CN110135068B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發(fā)明（設計）人: 臧杰;葛勇;王凱
• 申請（專利權）人: 中國礦業(yè)大學（北京）
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明構件分別構建了與煤層節(jié)理共軸的節(jié)理坐標系和與單軸應變條件共軸的單軸坐標系，引入煤層傾角和節(jié)理俯仰角通過坐標旋轉連接兩個坐標系，綜合考慮了煤層傾角、節(jié)理俯仰角、節(jié)理孔隙的各向異性、彈性模量的各向異性、Langmuir吸附常數(shù)的各向異性以及有效應力的各向異性對主滲透率卸瓦斯壓力響應行為的影響，得到了定量表征原位傾斜煤層主滲透率再卸瓦斯壓力過程中的響應行為的方法，如下式所示本發(fā)明比以往的煤層滲透率模型更接近煤層原位條件，因此能更準確預測煤層氣開采和煤層瓦斯抽采過程中煤層滲透率的演化規(guī)律。

技術領域

本發(fā)明屬于煤層滲透率定量表征技術領域，具體涉及一種定量表征原位傾斜煤層主滲透率張量在卸瓦斯壓力過程中響應行為的方法。

背景技術

煤層滲透率是影響瓦斯抽采的重要影響因素，其準確表征將影響瓦斯抽采效果，進而影響煤與瓦斯突出預防和礦井安全生產。煤層裂隙網絡通常由多組開度、密度、連通性等性質各異的裂隙組成，導致煤滲透率具有各向異性。數(shù)學層面上，煤滲透率各向異性可由主滲透率張量表征。主滲透率張量是對角張量，其三個對角線元素即為主滲透率。煤層氣開采和瓦斯抽采是卸瓦斯壓力過程，此過程中原位煤層處于單軸應變邊界條件中，即在卸瓦斯壓力過程中上覆巖層產生恒定的豎直應力，煤層在水平方向無變形。現(xiàn)有的數(shù)學模型或方法在描述煤層主滲透率卸瓦斯壓力響應行為時通常假設主滲透率方向與邊界條件正交。對于原位水平煤層，主滲透率方向為水平和垂直方向，此時這種描述方法和可行的。但對于原位傾斜煤層，主滲透率方向不再是水平或垂直的，此時這種描述方法就不可行了，需要尋找新的定量表征原位傾斜煤層主滲透率再卸瓦斯壓力過程中響應行為的方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于定量表征原位傾斜煤層主滲透率再卸瓦斯壓力過程中的響應行為。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

由上述本發(fā)明提供的技術方案可以看出，本發(fā)明實施方式提供的原位傾斜煤層主滲透率張量卸瓦斯壓力響應行為定量表征方法，由于考慮了煤層傾角和節(jié)理俯仰角對有效應力對主滲透率響應行為的影響，提高了煤層主滲透率張量預測的精度。

附圖說明

圖1是節(jié)理坐標系和單軸應變坐標系示意圖，圖中小寫字母x、y和z表示單軸應變坐標系的坐標軸，大寫字母X、Y和Z表示節(jié)理坐標系的坐標軸。

圖2是單軸應標坐標系旋轉過程示意圖，圖中左側第一個小圖是兩個坐標系未旋轉時的情形；中間的小圖是單軸應變坐標系繞y軸逆時針旋轉后的情形；右側第一個小圖是單軸應變坐標系進一步繞z軸旋轉后的情形。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步描述

本實施方案是在如下假設的基礎上提出的：

(1)煤層傾斜且平整；

(2)煤層位于單軸應變邊界條件內；

(3)煤層包含三組互相正交的節(jié)理，即面節(jié)理、端節(jié)理和層理面。

由于面節(jié)理、端節(jié)理和層理面互相正交，可以據(jù)此構建一個直角坐標系，這個坐標系稱為‘節(jié)理坐標系’，如圖1所示。位于節(jié)理坐標系中的各物理量用大寫字母‘X’，‘Y’和‘Z’進行標注。在節(jié)理坐標系中，X軸和面節(jié)理與層理面的交線平行，Y軸和端節(jié)理與層理面的交線平行，Z軸和面節(jié)理與端節(jié)理的交線平行。

單軸應變邊界條件假設上覆巖層產生恒定的豎直應力，煤層在水平方向無變形。根據(jù)此條件構建另一個直角坐標系，稱為‘單軸坐標系’，如圖1所示。直角坐標系中的物理量用小寫字母‘x’、‘y’和‘z’進行標注。在單軸坐標系中，x軸與煤層傾向線在水平面上的投影平行，y軸與煤層的走向線平行，z軸與豎直方向平行。