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天然气逐渐成为满足人们生产、生活需求的重要能源。天然气开采过程中,气体在岩体中的运移过程需考虑流体与固体骨架的相互作用,诸多学者采用确定性分析方法研究固-气耦合渗流问题,成果显著。但是耦合场中的结构和渗透参数存在很强的空间变异性,用确定性的理论来研究固-气耦合问题已经不能满足工程需求。采用随机有限元方法在考虑参数随机情况下模拟耦合场能一定程度的解决这个问题,计算结果能较好地反映耦合场中各点应力、孔隙压力、渗流速度等物理量分布情况,并能输出确定性分析方法未涉及的随机特征。 本文以应力场、渗流场基本方程为基础,建立固-气耦合渗流数学模型;将摄动随机有限元法应用于固-气耦合渗流问题,得到编程求解固-气耦合的理论依据;在原有的渗流流固耦合摄动随机有限元程序的基础上,开发出能够求解稳态固-气耦合渗流问题的随机有限元程序,随后加入时间项,转换成瞬态程序;用稳态程序模拟一算例,分析耦合场各参量的分布情况,并讨论随机性在耦合场中的传递特性;用瞬态固-气耦合程序对沁南某煤层气井一个月的产气量进行模拟,并与现场产气数据比较。通过实例分析,一方面验证了程序的可靠性,一方面也能根据分析结果评价工程安全性与经济效益,为天然气开采技术提供理论支持。