煤炭学报

作者：陈辉辉, 张小波, 姚池, 夏祖昊, 杨建华, 蒋水华, 姜清辉,

关键词：岩石裂隙, 高温作用, CT 扫描, 非 Darcy 流, 临界雷诺数, 欧拉数,

在油、气能源地下存储、高放核废料地质处理中,岩石的温度和裂隙渗透压力会显著地影响 岩石裂隙的渗流性质。 当渗透压力梯度逐渐增加时,渗流流量随之增大,使得 Darcy 流转变为非线 性渗流。 为研究高温致裂岩石裂隙渗流的基本规律,采用自行研制的温度-应力-渗流多场耦合仪 (该系统由围压、轴压和渗透水压三套相互独立的加载部分组成),在 1 MPa 的围压作用下,对高温 作用后的岩样进行不同渗透压下的渗流试验,研究渗流流量与压力梯度的演化规律,并基于三维 CT 扫描技术对渗流试验后的岩样内部裂隙开度进行逐层检测,获得岩石裂纹开度统计分析以及岩 石逐层孔隙率统计分布,能清楚的观测到岩石内部裂隙的网络结构,可为研究岩石多裂隙渗流提供 依据。 通过 Forchheimer 方程描述渗流流量与渗透压力梯度的关系,将渗流过程分为 Darcy 流与非 线性渗流 2 个阶段,并引入非线性因子 E,在实际岩体工程中大多定义 E = 0.1 作为线性流和非线 性流的分界点,从而求解出临界 Darcy 流的阈值和临界雷诺数。 为了研究不同渗透压力下动量相 对损失率的大小,采用欧拉数来计算岩石裂隙渗流的动量相对损失率。 结果表明,随着渗透压力的 增加,动量相对损失率呈现出先减小后增加的趋势。 在某一渗透压力下,欧拉数达到极小值,表明 在其压力作用下流体流动的变化率最小,对实际工程中研究高温致裂岩石裂隙渗流具有指导意义。

来源：2019年第9期

《煤炭学报》期刊编辑部

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