[发明专利]一种水驱沙试验中水沙两相渗透性参量计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿地质灾害及防治，具体涉及一种水驱沙试验中水沙两相流渗透性参量计算方法。

背景技术

在毛乌素沙漠，煤层具有埋深小、地表沉沙厚的特点。在采煤过程中，地表的砂层随地表水沿着煤层覆岩向采空区运移。为了研究煤层开采过程中由于覆岩破坏造成突水溃沙的机理、防治突水溃沙的发生或减轻突水溃沙的危害，开展破碎岩石水驱沙试验(即利用水流驱逐破碎岩石孔隙中的细沙试验)。由于在水驱沙的过程中，破碎岩石孔隙中沙子的体积分数逐渐减小，沙相和水相的渗透性参量随时间变化。我们计算水驱沙过程中沙相和水相的渗透性参量，本专利提出一种基于压力梯度时间序列、水流量时间序列和沙流量时间序列计算水相和沙相的流度、非Darcy流β因子和加速度系数的方法。

目前，水驱沙试验过程中渗透性参量的计算方法参照水驱油试验的方法进行。由于沙子本质上属于非连续介质，沙子在破碎岩石孔隙中的迁移与油的渗流在运动机理、运动方式和阻力特性等方面存在显著的差异。因此，参照水驱油试验的方法计算水驱沙试验过程中渗透性参量这种做法欠妥，构建一种有别于水驱油试验的水驱沙试验过程中渗透性参量的计算方法既是必要的，也是紧迫的。

发明内容

本发明的目的是提供一种水驱沙试验中水沙两相流渗透性参量计算方法，根据压力梯度时间序列、水流量时间序列和沙流量时间序列计算水相和沙相的流度、非Darcy流β因子和加速度系数，为分析水驱沙过程中水沙两相渗透性参量变化规律提供条件；使用本发明的计算方法，可以建立水相和沙相的流度、非Darcy流β因子和加速度系数与破碎岩石中沙子体积分数之间的定量关系，为同行同类试验提供技术支持。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种水驱沙试验中水沙两相流渗透性参量计算方法，水驱沙试验是在破碎岩石中掺入一定质量的细沙，放入专门用途的渗透仪中，利用叶片泵、作动筒或其他设备向渗透仪的上端或下端连续注入恒定压力或恒定流量的水流，细沙随水流在破碎岩石孔隙中的迁移的过程。水驱沙过程最显著的特征是破碎岩石孔隙中沙子的体积分数随时间变化，因而，水相和沙相渗透性参量(流度、非Darcy流β因子和加速度系数)也随时间变化。

水是Newton流体，动量守恒方程为

m1c1a∂V1∂t=-∂p∂x-μ1k1V1-m1β1|V1|V1---(1)]]>

其中，t为时间；x为空间坐标；p为水压力；m₁为水的质量密度；V₁为水的渗流速度；为渗流速度V₁的当地导数；μ₁为水的动力粘度；k₁、β₁和c_1a分别为水相渗透率、非Darcy流β因子和加速度系数。为压力梯度，用符号G_p表示。

沙是非Newton流体，动量守恒方程为