【摘 要】
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煤层气的高效开发对增加天然气资源供给和减少温室气体排放具有重要意义。煤层气开采过程中,当煤层气储层压力下降至临界解吸压力后,吸附态甲烷解吸并作为气源供给,甲烷与水产生混相流动并通过孔隙向微裂隙运移。目前关于煤层气水两相流动的研究多集中于裂隙内气水宏观渗透率的变化,对于微观孔隙空间内气水流动规律的研究较少。而孔隙中流体流动变化规律是影响煤层渗透率变化的重要原因。因此正确认识煤岩微观气水流动对高效开发
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煤层气的高效开发对增加天然气资源供给和减少温室气体排放具有重要意义。煤层气开采过程中,当煤层气储层压力下降至临界解吸压力后,吸附态甲烷解吸并作为气源供给,甲烷与水产生混相流动并通过孔隙向微裂隙运移。目前关于煤层气水两相流动的研究多集中于裂隙内气水宏观渗透率的变化,对于微观孔隙空间内气水流动规律的研究较少。而孔隙中流体流动变化规律是影响煤层渗透率变化的重要原因。因此正确认识煤岩微观气水流动对高效开发煤层气具有重要意义。本文采用室内实验与数值模拟相结合的研究方法,分析了气水两相流流动过程中,围压及驱替压力对煤岩微观气水流动路径的影响,研究了煤岩不同尺度孔隙中气水两相微观流动特性。主要研究成果如下:（1）获得了驱替压力对微观气水两相流动演化的影响规律。不同初始驱替压力形成的有效流通通道具有明显差异。升气压过程中,大孔和中孔内自由水被驱出,中孔水分变化在-20.6%～20.8%之间,大孔水分变化在-14.6%～51.1%之间,驱替结束后,煤岩内部含水孔隙分布较为分散;降气压时,中孔水分变化在-33.5%～-10.6%之间,大孔水分变化在-12.8%～9.0%之间,水侵现象不明显,气体推动水分沿大孔流动。在孔径小于168nm的孔隙中水分难以被驱出。（2）揭示了围岩压力对微观气水两相流动演化的影响规律。煤岩施加围压后,孔隙直径越大所受到的应力变形伤害越大。围压对气水渗流过程具有控制作用。围压加载条件下,驱替过程中,中孔中水分变化在2.3%～46.1%之间,大孔中水分变化在-41.3～1.8%之间,煤岩孔隙内存在水侵现象,含水孔隙分布较分散;围压卸载条件下,中孔中水分变化在4.0%～20.6%之间,大孔中水分变化在-10.6～4.8%之间;内部含水孔隙分布在驱替前后变化不大,低围压时大孔会重新打开形成新的渗流通道。（3）获得了煤岩孔隙结构对气水流动特征的影响规律。在气驱水过程中,气水相界面呈现出“U”形向出口推动,驱替压力越大,气水相界面曲率越大;在大孔中气相易形成孤立气泡;对于细小喉道连通的孔隙,低气压无法将其水相驱出。在孔隙喉道连通处,气相流速变化剧烈,在大孔隙中气相流速变化较平缓。本研究对理解煤层气开采过程中的气水两相渗流机理及指导煤层气生产实践具有重要意义。
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