基于裂隙网络图像的煤层气流动特性研究

张玉柱

（中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400037）

煤作为一种非均质多孔介质材料，其内部包含大量的孔隙、裂隙结构，这些结构对煤层气的存储以及运移有着重要影响[1]。一般认为，煤基质内的孔隙主要作为存储介质，在外部压力作用下，孔隙内自由气体会流向裂隙介质。裂隙网络为气体的主要渗流通道，气体的流动主要发生在裂隙介质中，煤层中的自然发育的裂隙控制着煤储层的渗透性[2-3]。然而煤中裂隙的分布往往是无序且不规则的，其特征难以详细描述，但其空间分布规律可能遵循一些宏观统计规律。此外，由于煤的非均质性较强，孔隙结构和裂隙结构对煤层气的贡献也不相同，如何定义孔隙、裂隙的物理属性对研究煤层气流动特性至关重要。近年来，随着图像处理技术的发展，采用数字图像研究煤岩体材料的非均质特性成为一种简单有效的方法，可以通过不同的像素值来反映不同结构的特征[4-6]。因此，基于Monte Carlo方法生成随机裂隙网络图像，采用图像处理软件将其转化为二值化图像，再导入COMSOL中，通过图像函数功能再将其转化为计算域，并定义了孔、裂隙结构的孔隙度和渗透率函数，建立了煤层瓦斯流动的数值计算模型，进一步分析了不同裂隙结构特征对煤层渗透率的影响。

1 建立随机裂隙网络模型

实际煤层中含有大量几何结构复杂的裂隙网络，详细描述实际煤中裂隙的几何特征是极为困难的，但它们的空间分布形态往往具有宏观统计特征。……