[发明专利]变节理刚度的裂隙煤岩体流固耦合模拟参数选取方法

说明书

本发明提供了一种变节理刚度的裂隙煤岩体流固耦合模拟参数选取方法，包括：构建基于裂隙开度和应力的相关关系a＝a₀‑σ_n/k_n，其中a为节理裂隙开度，a₀为初始裂隙开度，σ_n为正应力，k_n为节理裂隙刚度；之后通过不同尺寸的裂隙岩体渗流模拟获得渗透率k的计算公式，根据裂隙可压缩性系数推导得出节理刚度与应力的相关关系进行研究煤岩体的应力‑渗透率测试，获得破碎煤岩体对应的渗透率与应力的实验数据；最后根据实验室数据拟合获得初始裂隙开度a₀、初始裂隙可压缩系数cf₀以及裂隙压缩系数随有效应力的改变系数α_f。本发明相对于固定节理刚度匹配效果大幅度提升。

技术领域

本发明涉及煤岩体勘探领域，具体涉及一种变节理刚度的裂隙煤岩体流固耦合模拟参数选取方法，是一种在煤岩体流固耦合模拟过程中节理裂隙流固耦合模拟参数的选取方法。

背景技术

传统流固耦合模拟过程中，一般采用固定节理刚度进行应力裂隙开度的计算。因此，在高应力阶段要确保裂隙开度始终为正，则需要设置残余裂隙开度。这就导致在高应力状态裂隙应力敏感性与实际产生一定的区别。虽然这种固定节理的计算方式在低应力阶段存在一定的适用性。但对于埋深较大的煤层而言，地应力较高，如果采用上述方法，煤样节理裂隙开度几乎均会维持在残余裂隙开度，这对模拟结果造成一定的影响。

综上所述，现有技术中存在以下问题：传统流固耦合模拟过程中，模拟结果与实验结果匹配性不好。

发明内容

本发明提供一种变节理刚度的裂隙煤岩体流固耦合模拟参数选取方法，以解决流固耦合模拟过程中采用恒定节理刚度出现与实验结果匹配性不好的问题。

为此，本发明提出一种变节理刚度的裂隙煤岩体流固耦合模拟参数选取方法，所述变节理刚度的裂隙煤岩体流固耦合模拟参数选取方法包括：

构建基于裂隙开度和应力的相关关系a＝a₀-σ_n/k_n，其中a为节理裂隙开度，a₀为初始裂隙开度，σ_n为正应力，k_n为节理裂隙刚度；

之后通过不同尺寸的裂隙岩体渗流模拟获得渗透率k的计算公式

根据裂隙可压缩性系数推导得出节理刚度与应力的相关关系

进行研究煤岩体的应力-渗透率测试，获得破碎煤岩体对应的渗透率与应力的实验数据；

最后根据实验室数据拟合获得初始裂隙开度a0、初始裂隙可压缩系数cf0以及裂隙压缩系数随有效应力的改变系数αf。

进一步地，所述变节理刚度的裂隙煤岩体流固耦合模拟参数选取方法具体包括以下步骤：

步骤a、首先构建裂隙煤岩体流固耦合模拟的应力-裂隙开度相关关系a＝a₀-σ_n/k_n，其中a为节理裂隙开度，a₀为初始裂隙开度，σ_n为正应力，k_n为节理裂隙刚度；

步骤b、构建基于立方定量的二维模型渗流计算公式其中q为渗流速率；μ为流体动力粘度；ΔP为上下游压力差；l为节理裂隙长度；

步骤c、根据渗流公式推导出渗透率的计算公式

步骤d、进行不同块体尺寸、不同边长、不同裂隙开度、不同压差条件下无应力的渗流模拟，获得模拟的渗透率校正公式其中n＝l_s/l_a，h＝ΔP/l，l_a为块体边长，l和l_s为模型尺寸。