擴(kuò)散理論整理

煤層氣擴(kuò)散理論2008年6月，閆寶珍、王延斌、倪小明通過計(jì)算研究表明，儲層條件下，煤納米級孔隙中甲烷存在3種擴(kuò)散模式，且3種模式的擴(kuò)散系數(shù)差別不大，比地表?xiàng)l件下擴(kuò)散系數(shù)低1?2個(gè)數(shù)量級。2008年8月，易俊、姜永東、鮮學(xué)福、張渝提出了利用溫度梯度擴(kuò)散模型建立超聲熱效應(yīng)促進(jìn)煤層瓦斯解吸一擴(kuò)散的熱平衡方程和物質(zhì)平衡方程，應(yīng)用Matlab工具實(shí)現(xiàn)了聲場促進(jìn)煤層瓦斯解吸擴(kuò)散的數(shù)值模擬。為超聲波促進(jìn)煤層瓦斯解吸一擴(kuò)散，提高煤層瓦斯抽采率提供了分析的理論基礎(chǔ)。年3月，張時(shí)音、桑樹勛應(yīng)用擴(kuò)散理論模型模擬吸附擴(kuò)散過程，研究吸附擴(kuò)散的規(guī)律。研究表明：煤的孔隙結(jié)構(gòu)是影響煤吸附擴(kuò)散過程的主要因素。液態(tài)水對煤的潤濕性隨煤級增高而降低，對吸附擴(kuò)散過程的影響逐漸減小，大孔和中孔發(fā)育的煤擴(kuò)散速率較快，擴(kuò)散系數(shù)高，過渡孔和微孔發(fā)育的煤相對擴(kuò)散速率較慢，擴(kuò)散系數(shù)低。2009年3月，易俊、姜永東、鮮學(xué)福在分析煤層微觀孔隙結(jié)構(gòu)，以及煤層氣以游離氣形式存在煤的大孔隙和吸附狀態(tài)分布在微孔隙中的基礎(chǔ)上，提出了反映煤層氣在煤層微孔中吸附-擴(kuò)散的簡化雙孔隙擴(kuò)散數(shù)學(xué)模型；給出了煤層氣吸附-擴(kuò)散過程的視擴(kuò)散系數(shù)概念，以及數(shù)值模擬方法。年1月，陳富勇、琚宜文等指出構(gòu)造煤的變形和結(jié)構(gòu)變化以及吸附勢場的轉(zhuǎn)換才是構(gòu)造煤吸附與解吸的內(nèi)在因素，是導(dǎo)致解吸過程不可逆性的根本原因。構(gòu)造煤氣體擴(kuò)散機(jī)理主要是由孔隙形狀、大小、連通性和多元?dú)怏w性質(zhì)和狀態(tài)所決定的。年6月，石麗娜、杜慶軍、同登科建立了雙重介質(zhì)煤層氣藏?cái)M穩(wěn)態(tài)滲流數(shù)學(xué)模型。采用該模型研究了竄流和擴(kuò)散機(jī)理對開發(fā)效果的影響。年7月，李建樓、嚴(yán)家平等通過模擬試驗(yàn)結(jié)果表明：對于剛性圍巖中的煤體，當(dāng)煤體瓦斯從游離態(tài)向吸附態(tài)轉(zhuǎn)化過程中，煤體總應(yīng)力略微降低，孔隙壓力和有效應(yīng)力隨時(shí)間分別按照對數(shù)規(guī)律減小和增大；煤體瓦斯向煤體外放散階段，瓦斯壓力和煤體總應(yīng)力隨時(shí)間按照負(fù)指數(shù)規(guī)律降低，有效應(yīng)力隨時(shí)間略有降低，瓦斯放散速度隨時(shí)間按照對數(shù)規(guī)律降低。2011年10月，張登峰、崔永君等通過實(shí)驗(yàn)研究表明：Fick第二定律能夠很好地描述ch4及C02在不同煤階煤內(nèi)部的擴(kuò)散行為；ch4和co2有效擴(kuò)散系數(shù)隨著吸4242附溫度的升高而增大，同時(shí)有效擴(kuò)散系數(shù)和煤階之間呈現(xiàn)U形關(guān)系；相同條件下,同種煤樣的CO2有效擴(kuò)散系數(shù)高于ch4；CH4和CO2在不同煤階煤內(nèi)部的擴(kuò)散主2442要受微孔內(nèi)部的表面擴(kuò)散控制。年1月，馬勝、虞青松通過數(shù)學(xué)軟件Matlab中的偏微分方程求解器PDETOOLGUI(pedtool),可以形象直觀的模擬煤層中的煤層氣在儲層中擴(kuò)散與分布。年4月，李志強(qiáng)、段振偉、景國勛經(jīng)過試驗(yàn)研究得到：同溫同壓初始條件下的等效擴(kuò)散系數(shù)隨溫度升高呈指數(shù)關(guān)系增大。同壓不同溫初始條件下的恒溫綜合擴(kuò)散系數(shù)隨溫度升高呈先增大后降低的變化趨勢。溫度升高時(shí)，溫度與初始吸附量對綜合擴(kuò)散系數(shù)具有相反的影響作用趨勢。不同溫度下，相同時(shí)間內(nèi)的擴(kuò)散量取決于二者的配比關(guān)系。建立溫度影響下的理論擴(kuò)散方程，數(shù)值模擬不同溫度下的全過程擴(kuò)散特征。計(jì)算結(jié)果表明:隨著時(shí)間延長，各溫度下的恒溫?cái)U(kuò)散曲線呈多點(diǎn)交叉狀態(tài)，符合試驗(yàn)關(guān)系。2012年10月，朱藝文、王宏圖等概括了煤層氣在煤中的擴(kuò)散模式，分析了煤中煤層氣各種擴(kuò)散模式的適用條件。年11月，胡素明、胥珍珍、任維娜等對煤儲層基質(zhì)解吸氣擴(kuò)散理論進(jìn)一步探討，研究表明，無論基孔中的水能否被驅(qū)動(dòng)，解吸氣都不能通過氣相擴(kuò)散的方式運(yùn)移。年4月，石軍太、李相方、徐兵祥等對煤儲層基質(zhì)孔隙分類、煤儲層中氣水變化特征、基質(zhì)孔隙中甲烷的動(dòng)力學(xué)行為、煤層氣解吸模型、擴(kuò)散模型、滲流模型和產(chǎn)氣模型進(jìn)行了綜述和評論。為煤層氣開發(fā)提供理論依據(jù)，為煤層氣數(shù)值模擬提供理論基礎(chǔ)。年5月，郭愛華、汪永才對煤層氣解吸、擴(kuò)散、運(yùn)移理論等進(jìn)行了分析，探討了影響煤層氣解吸擴(kuò)散運(yùn)移的地質(zhì)因素。2013年6月，鄭遠(yuǎn)攀、錢慎一、蘇曉珂采用擴(kuò)散數(shù)據(jù)分析理論與計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)相結(jié)合的方法，研究了甲烷和二氧化碳混合氣體的瞬時(shí)擴(kuò)散特性的三維流場，并從云團(tuán)分叉，逆風(fēng)擴(kuò)散和下風(fēng)向擴(kuò)散的非對稱性方面論證了數(shù)據(jù)的可靠性。通過對流場數(shù)據(jù)的處理，得到了甲烷和二氧化碳混合氣體的云團(tuán)移動(dòng)速度，濃度標(biāo)準(zhǔn)偏差和擴(kuò)散系數(shù)等擴(kuò)散特性分布率。2013年10月，伊向藝、吳紅軍、盧淵等通過實(shí)驗(yàn)，探討了不同礦化度水對煤層甲烷解吸——擴(kuò)散過程的影響情況。2013年10月，朱維耀、岳明等考慮煤層氣的解吸擴(kuò)散過程，基于質(zhì)量和動(dòng)量守恒方程，建立了二區(qū)耦合的穩(wěn)態(tài)流動(dòng)數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出壓裂直井開發(fā)煤層氣的解析解和產(chǎn)能方程。根據(jù)此模型可以模擬計(jì)算壓裂井的產(chǎn)能及分析壓裂裂縫參數(shù)對產(chǎn)能的影響。2013年11月，聶百勝、楊濤、李祥春等進(jìn)行了不同粒徑煤樣!不同溫度和不同吸附平衡壓力條件下的等溫吸附——解吸實(shí)驗(yàn)。