Приближенные решения нелинейных краевых задач фильтрации десорбирующегося метана в неоднородных пластах угля - Статья

бесплатно 0
4.5 205
Содержание иерархически-модульного подхода к математическому моделированию процессов нелинейной фильтрации десорбирующегося метана в угольных пластах. Модели метаноотдачи пластов. Преимущества численного метода с использованием приближенных функций Грина.

Скачать работу Скачать уникальную работу

Чтобы скачать работу, Вы должны пройти проверку:


Аннотация к работе
Восточно-Европейский журнал передовых технологий ISSN 1729-3774 1/4 (67 ) 2014Предложен иерархически-модульный подход к математическому моделированию процессов нелинейной фильтрации десорбирующегося метана в неоднородных угольных пластах. Практически востребованные, многомерные модели метаноотдачи пластов в отсутствие и при наличии вертикальных и горизонтальных скважин строятся на основе «моделей-модулей», которые, в свою очередь, комплектуются из ординарных - простейших одномерных моделей Ключевые слова: нелинейные краевые задачи фильтрации, математическое моделирование, неоднородные пласты угля Практично потрібні, многовимірні моделі метановіддачі пластів у відсутності і за наявності вертикальних і горизонтальних свердловин будуються на підгрунті «моделей-модулів», які, у свою чергу, комплектуються з ординарних - найпростіших одно-вимірних моделей ПРИБЛИЖЕННЫЕ РЕШЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ КРАЕВЫХ ЗАДАЧ ФИЛЬТРАЦИИ ДЕСОРБИРУЮЩЕГОСЯ МЕТАНА В НЕОДНОРОДНЫХ ПЛАСТАХ УГЛЯУсложняющими моделирование факторами являются неоднородность и нестационарность пластовых систем, нестационарность и нелинейность процессов фильтрации, зачастую сопровождающихся физико-химическими процессами (десорбция, активируемая диффузия, химические реакции). Это изменяет фильтрационные параметры пласта в примыкающей к поверхности обнажения экзогенной зоне и формирует двухзон-ную структуру (во второй, экзогенной зоне, в глубине пласта, вне влияния горных работ фильтрационные параметры постоянны и соответствуют природным условиям залегания данного пласта). Разработать системно-иерархический метод математического моделирования процессов фильтрации метана в неоднородных угольных пластах, для чего: - построить иерархию: вербальные модели метаноотдачи пластов во всех практически реализующихся ситуациях > (модели-модули)>ординарные модели; Моделирование метаноотдачи пластов угля предусматривает анализ следующих практически встречающихся базовых ситуаций: 1) Метаноотдача пласта через поверхность обнажения плата в отсутствие газоотводящих скважин - модель ММ01; 3) Метаноотдача неограниченного пласта к одиночной вертикальной скважине (пройденной нормально к пласту на всю его мощность) - модель ММВ1;Системно-иерархический подход к математическому моделированию процессов фильтрации метана с учетом его десорбции в неоднородных угольных пластах позволяет охватить большое количество практических задач расчета метаноотдачи угольных пластов на основе небольшого количества моделей-модулей и ординарных моделей.

Введение
Дальнейшее совершенствование технологии угледобычи и охраны труда горнорабочих, разработка перспективных методов газодобычи из глубинных пластов-коллекторов требуют совершенствования методов математического моделирования массопереноса (фильтрации метана в угольных пластах в частности). Усложняющими моделирование факторами являются неоднородность и нестационарность пластовых систем, нестационарность и нелинейность процессов фильтрации, зачастую сопровождающихся физико-химическими процессами (десорбция, активируемая диффузия, химические реакции).

Неоднородность угольных пластов может быть обусловлена природными (эндогенными) и технологическими (экзогенными) факторами. При ведении горных работ (очистной выемке, проходке пластовых выработок и др.) формируются поверхности обнажения угольного пласта. Это изменяет фильтрационные параметры пласта в примыкающей к поверхности обнажения экзогенной зоне и формирует двухзон-ную структуру (во второй, экзогенной зоне, в глубине пласта, вне влияния горных работ фильтрационные параметры постоянны и соответствуют природным условиям залегания данного пласта).

В настоящей работе предлагается системно-иерархический подход к построению математических моделей нестационарного и нелинейного метанопереноса с учетом десорбции метана и неоднородности угольных пластов.

Вытекающие из запросов практики задачи расчета метаноотдачи пластов в различных ситуациях рассматриваются с единых позиций - «монтажа» их из более простых «моделей-модулей» - краевых задач фильтрации в двухслойных системах. Модели-модули, в свою очередь, «комплектуются» из ординарных краевых задач - достаточно простых одномерных и двумерных модулей фильтрации в каждой из двух зон массива. Предложен аналитично-численный метод решения одномерных ординарных задач на основе их линеаризации с последующим приведением к эквивалентным краевым задачам теплопроводности. Последние решаются посредством использования ранее обоснованных структур решений, базирующихся на приближенных функциях Грина.

2. Анализ литературных источников

Впервые уравнение фильтрации метана с учетом его десорбции для однородного пласта угля было предло-

4

© А. П. Слесаренко, И. Р. Венгеров, 2014

Математика и кибернетика - прикладные аспекты жено Р. М. Кричевским [1]. В дальнейшем это уравнение использовалось, модифицировалось и обобщалось С. А. Христиановичем, П. Я. Полубариновой-Кочиной [2], Ю. А. Линьковым, А. Т. Айруни [3, 4], С. В. Кузнецовым, Р. Н. Кригман [5] и др. Чаще всего это уравнение записывают в виде [6]: ? ?(p)?(p2) = ?2(p2) , ?(p)= 1 ?n (ABRT2 ? , (1)

? ? bp)

? ? p 1

K ?t где ? - вязкость метана, К и n - проницаемость и пористость пласта, а, b - параметры изотермы сорбции метана Ленгмюра, R - газовая постоянная метана, Т - абсолютная температура пласта, P - давление метана.

Математические модели фильтрации метана, базирующиеся на (1), строятся на предположениях: 1) сжимаемость метана и его вязкость не зависят от давления и температуры;

2) угольный пласт однороден и изотропен, так что n, К=const;

3) процесс фильтрации протекает изотермически; 4) пласт в ходе метаноотдачи не деформируется.

Необходимо отметить, что практика показала, что эти предпосылки, кроме второй, достаточно хорошо соответствуют реальности.

Учет неоднородности пласта, т. е. снятие второго ограничения путем введения в уравнение (1) переменных параметров n(x) и К(x) был осуществлен С. Н. Осиповым [7]. Уравнение (1) было линеаризо-вано путем замены ? P >? P , P =P = const , где Р0 - начальное давление метана в пласте. До этого и впоследствии линеаризация такого типа часто использовалась, при этом полагали P=P =P , P =P , P = 0,5 P P (где Р0 - атмосферное давление, а Р? - давление в «нетронутом» пласте), не приводя никаких обоснований. Р. Н. Кригман была предложена [5] линеаризация P = 0,86P , которая обосновывалась сравнением аналитического решения с результатами моделированным на гидроинтеграторе ИГЛ-2. В дальнейших работах С. Н. Осипова [8 - 11] для решения задач фильтрации в неоднородных средах использовался слабо обоснованный приближенный метод и метод интегральных преобразований. Последний приводил (всякий раз, когда использовался) к необозримым и громоздким аналитическим выражениям, о попытках реализации которых численно ничего не сообщалось.

( )

?

( )

? 0

? 0 ? ?

( )

? 0 ?

? ?

В работах Б. Г. Тарасова [12] и В. А. Колмакова [13], в ходе решения задач осуществлялись упрощения, во многом элиминирующие исходную сложную их постановку. Известны и другие модели метанопереноса в пластах угля [14], для которых, как и для ранее упомянутых, характерны следующие недостатки: 1) моделирование процессов в однородных и изотропных пластах;

2) необоснованность методов линеаризации;

3) необоснованность видов функций n(х) и К(х) при учете в моделях неоднородности пластов;

4) используемые численные методы дают частную, плохо интегрируемую в другие модели информацию;

5) используемые аналитические методы приводят к громоздким, практически бесполезным выражениям.

3. Цель исследования

Разработать системно-иерархический метод математического моделирования процессов фильтрации метана в неоднородных угольных пластах, для чего: - построить иерархию: вербальные модели метаноотдачи пластов во всех практически реализующихся ситуациях > (модели-модули)>ординарные модели;

- дать математическую формулировку всех ординарных моделей;

- предложить метод решения ординарных краевых задач;

- найти решения всех ординарных задач.

4. Иерархия математических моделей

Общая блок-схема иерархии моделей приведена на рис. 1

?????? ???????????? ??????? ???

?????? ?????? ?????? ???????????? ? ???????????? ? ???????????? ?

?????????? ???????????? ?????????????? ???????? ???????? ????????

??? ??? ???

???1 ???2 ???1 ???2 ???3 ???1 ???2

??????-?????? ??????-?????? ??????-?????? ??1 ??1 ? ??2 ??1 ? ??3

?????????? ?????????? ?????? ??????????

??????

??????

??1 ??1(?) ??2 ??1(?) ??2(?) ??1 ??1(?)

Рис. 1. Блок-схема иерархии моделей метаноотдачи пластов

Моделирование метаноотдачи пластов угля предусматривает анализ следующих практически встречающихся базовых ситуаций: 1) Метаноотдача пласта через поверхность обнажения плата в отсутствие газоотводящих скважин - модель ММ01;

2) То же, но при наличии в пласте разгрузочной щели - модель ММ02;

3) Метаноотдача неограниченного пласта к одиночной вертикальной скважине (пройденной нормально к пласту на всю его мощность) - модель ММВ1;

4) Предыдущий случай, но скважина пройдена вблизи газонепроницаемой, нормальной к пласту плоскости (граница с газонепроницаемым породным массивом, плоскость симметрии) - модуль ММВ2;

5) Галерея вертикальных, равностоящих друг от друга, скважин - модель ММВ3;

6) Метаноотдача пласта к горизонтальной скважине, пройденной посередине пласта и нормальной к поверхности обнажения - забою.- Модель ММГ1;

7) Галерея горизонтальных скважин, пройденных нормально к забою в лаве или в пластовой выработке - модель ММГ2.

5

Восточно-Европейский журнал передовых технологий ISSN 1729-3774 1/4 ( 67 ) 2014

? ? ? ?

? ? ? ? n K n n

3

? ?



(

?

?

1,t>0,

Все указанные ситуации сводятся к комбинациям моделей-модулей.

Модели-модули - краевые задачи фильтрации для двухслойных областей - слоистых систем

1 2

( (

) )

{ }

? m ,? m (m =1,2).

( )

{ }

(

Приняты обозначения: ?11) = z? 0,l1z - одномерная декартова экзогенная зона пласта с переменными фильтрационными параметрами n z и K z ; ?(1) = z?(l ,l l ) - примыкающая к ?(1) эндогенная зона пласта, в которой n = n = const , K =K? = const , ?(2) = r?(r ,r ) - одномерная цилиндрическая область вокруг скважины с радиусом r0, имеющая ширину ?r = r ?r , в которой фильтрационные параметры переменны: n = n r , K =K r ;

1

( )

( )

1 1

{ }

1 2 ,z ,z 2,z

1

?

0 1

{ }

1

1 1 0

( ) ( )

1 2

{ }

2 1

?(2) = r?(r ,r ) - примыкающая к ?(2) эндогенная зона вокруг скважины, шириной ?r = r ?r , в которой n = n? = const , K =K? = const .

2 2 1

Ординарные модели - одномерные линеаризован-ные краевые задачи для экзогенных ? m и эндогенных ? m m =1,2 зон пласта. Поскольку анализ для последних тривиален, его опускаем и рассматриваем, в качестве базисных, следующие четыре модели: 1

(

)

( )

2

(

)

( )

( )

1

(

)

1) Модель ОМ1 - для области ?1 при граничных условиях первого рода на границах z=0 и z=l1,z;

2

(

)

2) Модель ОМ2 - для области ?1 при граничных условиях первого рода на границах r=r0 и r=r1;

3) Модель ОМ1(В) - видоизмененная модель ОМ1 - смешанная краевая задача с граничным условием первого рода при z=0 и второго рода - при z=l1,z. Последнее является однородным, оно описывает наличие при z=l1,z газонепроницаемой стенки или плоскости симметрии;

4) Модель ОМ2(В) - аналогично видоизмененная модель ОМ2 - с граничным условием первого рода при r = r и однородным условием второго рода - при

0 r = r .

1

5. Математические формулировки ординарных моделей

Модель ОМ1

Обобщенная формулировка краевой задачи имеет вид: C1 (z)? ?? = ?z?K1 (z) ?z ? ??? (t), 1

?

? ?

?

?

??

? ?

?

? t ?z = ln?n0,z ? , kz = ln?K0,z ? , K0,z = K3 = const . ? ? 0,z ?

Функция ?1 (z,t)=P2 (z,t) - квадрат давления метана в пласте, P - параметр линеаризации по А. Н. Кригман [5], Р?, n?, К? - давление, пористость и проницаемость в эндогенной зоне пласта (вне зоны влияния горных работ). Последнее из соотношений в (3) широко используется [6].

1

?

Граничные условия к уравнению (2) имеют вид: ?1 (z,t) z=0 = ?0 =P2 , ?1 (z,t) z=l1,z = ?1 )(t), (4)

? ?

(

?

0

? ? где ?1 )(t) - функция склейки [15], которая определяется при анализе двухслойной модели-модуля ММ1. При записи решения (2) будем обозначать ? = ? ? t , ?

(

( )

)

? ?

0 1

(

? ?

( (

) )

( ) ( ) ?1 t = ?1 t . Модель ОМ1(В)

Эта модель отличается от предыдущей тем, что второе условие (4) теперь принимает вид: ?z z=l1,z = 0,t>0 . (5)

?

??

1

Второе, более существенное, отличие заключается в том, что постановка краевой задачи, теперь не обобщенная, биобобщенная [15] и ? z,t определяется так: ?

1

( )

1

( )

( ?1 (z,t)= ? (t)? ?1 ) ?1 (z,t), ?1 (z,t)=P2 (?,t). Функция ? ?1 - характеристическая функция области ?1 , она равна 1, если z??1 , и нулю в противном случае. В уравнении (2) при этом в правой части появляются члены, содержание граничные условия, которые, таким образом, теперь входят в само уравнение (при обобщенной постановке в уравнение было включено

?

1

(

)

( )

1

1

(

)

(

)

1 только начальное условие).

Биобобщенная постановка дает возможность более простой, чем в предыдущем случае, структуры решения - представление потенциала [15].

Модель ОМ2

1 1

( (

) )

Строится аналогично ОМ1, путем замен ?1 >? 2 , ?1 (z,t)> ?1 (r,t), C1 (z)>C1 (r), K1 (z)>K1 (r), n1 (z)>n1 (r), ?z >?r , kz > kr

? ? l1,z > ?r = r ?r , ?2 >?2 , где обозначены операторы: ? ?

1 2

1 1 0

? (t)= d dtt) , ? (t)= ?0,t?0. (2)

Здесь обозначены: ?1 (z,t)= ? (t)?1 (z,t), ?1 (z,t)=P2 (z,t), z?(0,l1,z ), ?

1

?m =C1 (?)? ?m ????m?1K1 (?)??? , ?= ?z,m = 2. (6) Граничные условия: , =1

? ?

? ?

? ?

?

2

1

?

? r m ?1 (r,t) r=r = ?1?)(t), ?1 (r,t) r=r = ?1 )(t), t>0 . (7)

? ? ? ?

0 1

( (

t>0 , C1 (z)= P (n1 (z) N?), N? = ( ABRT)2 , P = 0,86P , ?

? ?

BP

?

1

?

Модель ОМ2(В)

Модель является аналогом ОМ1(В), где осуществлены замены того же вида, что и в ОМ2, а граничное условие (5) принимает вид:

n1 (z)= n0,z exp(??zz/l1,z ), K1 (z)=K0,z exp(?kzz/l1,z ) (3) ?r r=r = 0, t>0 . (8)

?

??

1

1

6

Математика и кибернетика - прикладные аспекты

? ?

?

1

S S

? ? ?

( )

? ? k z

( ) p / z 1,z

)

0

1 1 z z z

? ?

? ?

? ?

? ?

"

?

6. Структуры и методы решений

Модель ОМ1

Используем, в качестве структуры решения, т.н. представление граничных функций [15]. Вводим функцию M1 z,t : ( )

?

M1 (z,t)= ?1?)(t) ??( )(t)??1?)(t)??1 (z , z?(0,l1,z ), t>0. (9)

)

? ? ?

1

? ?

( (

?

Функция M1 (z,t) является решением задачи: ?

?1M1 (z,t)= 0 , M1 (0,t)= ?1?)(t), M1 (l1,z,t)= ?1 )(t). (10)

?trial

? ?

( (

?

2

A1 (z" ,t)= ? (t)exp??Q11 t? ?1 (z"). (16) 11 11

Здесь обозначены: l1,z

K ?

( )

( ) z

C ? l l

2

( )

( )

( )

?

S11 = ?1 z dz = 1,z , a1 ? = 1 , ? = , 0 1 1,z

30 l1,z

1

( )

( )

( )

?

Q11 = a1 ? ???2 2 kz ?2kz? d? . (17) 1,z 0 l

Для вычисления Q11 выражение:

Подстановка (9) в (10) дает задачу: ?1?1 (z)= 0 , ?1 (0)= 0 , ?1 (l1,z )=1,0 , (11)

?

2 решение которой a1 (?)= K10 exp(?kz?) (18) ?n0Z exp ??Z? N??

? p аппроксимируем степенной функцией вида:

?1 (z)= ?l1,z Kd(z)??1 0 Kd(z")= exexp(kz l?1?1 . (12)

Структура решения краевой задачи ОМ1 имеет вид [15]: ?1 (z)=M1 (z,t) l1,z dz"?dt"G1 (z,z",t?t")???? (t")? ? t" ? .(13) Здесь G1 (z,z",t) - функция Грина первой краевой задачи, удовлетворяющая уравнению и однородным

?

?

? ?

?

0 0

M t

?

1

?

? ?

? ?

? условиям 1-города: ?t1 = ?1G1 ?(z?z")? (t), G1 z=0 =G1 z=l1,z = 0. (14)

?

?G

2

? ? ? ?

Задачу (14) решаем приближенно, аналитико-численнымметодом[15],КОНСТРУИРУЯЕЕРЕШЕНИЕG1,1 z,z",t в виде: ( )

?

G1,1 (z,z",t)= A1 (z",t)?1 (z), ?1 (z)= ?1? z ? ? z ? , (15) 1,z 1,z

? ? ? ?

? ? l l

? ? ? ? где ?1 (z) - первая координатная функция метода Бубнова-Галеркина.

Преобразовав (14) и (15) по Лапласу (по t) и обозначая оператор p??2 =L L = ? ??2 , для операторной невязки ? z,z",p получаем выражение: ( )

? ?

1 1 1 t 1

( ) ?1 =L1G1 ?L1G1,1 = ?(z?z")?A1 (z",p)L1?1 (z).

Из условия ортогональности в области ?(1) функций ?1 и ?1

1 ?1 ,?1 ?(1) = l1,Z dz?1 (z)??(z?z")?A1 (p?1 (z)??1?1 (z))? = 0 0

?

2

? ?

?

1 следует: A1 (z 1,p)= 1 ? ?1 (z) ? , 11 11 11

? ?

" p Q

S /S

? ? a1 (?)>a1 (?)= a10 ?(a10 ?a? )?m1 , a10 = a1 (0), a? = a1 (1).(19)

Методом совпадений a (?) и a1 (?) в трех точках (? = 0,? =1/2,? =1,0 ) получаем: ?

1 m1 = 1 ln? a10 ?a? ? , a1/2 = a1 (1/2). (20) 10 1/2 a a ? ?

? ? ln2 ?

Оценка (20) при K10 =103K?, n0Z ?4n?дает: m1 ?0,25. Вычисление Q11 приводит к выражениям: ? ?

Q11 t =10Foe1 , Foe1 = a1,et , l

2

S

11 1,Z a1,e = a10?(kz,m1) a? (1??(kz,m1)), (21) где

?(KZ,m1)=1 (3 m1)(4 m1)? (2 m1)(3 m1). (22)

Z Z

6k 6 3k

Величину a1,e будем называть (по аналогии с теплопроводностью) эффективным коэффициентом баропроводности неоднородной среды. Оценка a1,e при KZ=4,6 и m1=0,25 дает: a1,e = 0,29a10 0,71a? . (23)

Функция Грина, таким образом, имеет вид: G1,1 (z,z",t)= 30? (t)exp(?10Foe1)?1 (z)?1 (z") (24) 1,Z

? l

Решение краевой задачи, т.е. функцию ?1 (z,t) найдем, подставляя (24) в (13). После некоторых преобразований получаем: ? ?1(z,t)= ?1(?)(t) ??1 )(t)??1?)(t)? ?exp(kzz/l?1?1? (25) e

1,Z

) xp k z

( )

? ?

? ?

? ?

? ? ? ?

? ?

( (

5?1(z)?E1(t)(*) ????? (t)? ??t )? ?B1(kz )?t(?1 )(t)??1?)(t))??, t

?

?

(

1 ?

?

?

?

?

? ?

?

?

? ?

?

? ?

? ?

? ?

? ?

? ?

( (

? ?

7

Восточно-Европейский журнал передовых технологий ISSN 1729-3774 1/4 ( 67 ) 2014

? m =

? ? ln

, 2

2 2

)

( ( (

2

(

) e

2

(

) l

2

?

?

?

( )

?

где (t) - символ свертки двух функций времени и использованы обозначения: E1 (t)= exp??10a1,et? , B1 (kz )= 6? kz ?2? . (26) 1,z z

? ?

? ?

? ? l k

2 3

? ?

По решению (25) легко находятся: плотность потока метана на поверхности обнажения пласта (z=0) (величина с размерностью м3/м2?ч), общее количество метана, выделившегося через 1м2 площади поверхности обнажения пласта к моменту времени t (размерность м3/м2). Знание двух этих величин позволяет решать различные вопросы оптимизации метаноизвлечения, прогноза газодинамических явлений, проводить различные инженерные расчеты.

Модель ОМ2

Ход решения краевой задачи аналогичен предыдущему случаю, но вычисление аналога ?1(z) - функции ?1(r) осуществляется по формуле: ?1

1

0 0 dr r r r

? ?

? ?

? ? r ?2 (r)= ??RK1 (r)? ?r"Kr(r") . (27) d "

1

Для этого строится аппроксимация функции R r = RK1 r : ( ) ( )

( )

?1

R(?)>R(?)=R0 (R1 ?R0 )?m? , ?= r?r . (28) 1

?

0

?r

В итоге найдено: Коэффициент Ф10 и Ф? вычисляется по более громоздким формулам, чем в случае ОМ1, их оценка при m2 ?0,22, kr = 3,2 :?10 ?0,2, ?? ?0,75

.

? ? ?

Окончательный вид решение аналогичен предыдущему случаю, т.е. решения для ОМ1 и ОМ2 структурно эквиваленты.

Модель ОМ1(В)

Структура решения имеет вид: ?1 (z,t)= ?1?)(t)

? ?

(

l1,z dz??dt?G1,1 (z,z?,t?t?)???? (t?)? ??1?) ?. (33) r 0

?

?t

?

? ?

? ?

? ?

(

? t

2

(

)

0

?

?

Здесь G1,1 (z,z?,t) - приближенная функция Грина смешанной краевой задачи, удовлетворяющая уравнению и граничным условиям: 2

(

)

?

G(2) = ?G1,1 = 0 . (34) z=0

2

(

)

?

?

1,1

?z z=l1,z

Она определяется так же, как функция G1.1 (z,z?,t), но в методе Бубнова-Галеркина используется координатная функция вида

? ?2 (z)= ?2? z ? ? z ? , ?2 (0)= d?2 = 0. (35) 1,z 1,z z=l1,z

? ? ? ? l l

? ? ? ? dz

Для эффективного коэффициента баропроводности получим формулу

1 ? R1 ?R0 ? ? ln2 ?R1/2 ?R0 ?

R0 = 1 , R1/2 = 2 (K10K? )?1/2 , R1 =R(1) , (29) 0 10 0 1 r K r r

?2 (r)= ? M??1 m? , M? = (1 m? )?1 (0,2kr ?1). (30) ?

1 M a1,e = a10?0 ) 0???), (36) в которой коэффициенты ?(2) и ?(2) вычисляется по достаточно громоздким формулам, что впрочем, как и в предыдущем случае, легко осуществляется на ПК. Оценка при m = 0,25 , k = 4,6 дает, ? 2 = 0,2и

0 ?

0

(

)

1 z

?

(

)

? 2 = 2,2. Функция Грина имеет вид

G1,1 (z,z",t)= 15? (t)exp(?2,5Foe1 )?2 (z)?2 (z?), 1,z

2 2

8l

)

( (

)

?

Оценка этих величин: при K =102K и r = 5r ?m ?3,0 ; при m = 3,0 , и kr = 3,2?M? ?1,0.

?

1 0 ? ?

10 ?

?

Структура решения краевой задачи имеет вид [15]: F>1 = a1,et. (37) 1,z

Решение краевой задачи приводится к виду:

?1 (r,t)=

=M2 (r,t) 2??r?dr??G2,1 (r,r?,t?t?)???? (t?)? ?M2 ?. (31) r 0

1 r

?

?

?t

?

? ?

? ? t

?

?

0

?1 (z,t)= ?1?)(t) 1,25?2 (z)E1 )(t)(t) ????t (t?)? ddt ) ?, (38) где E1 )(t) - экспонента из (37).

?

? ? ?

? ?

2

1

*

( (

?

(

? ?

? ?

? ?

?

2

(

Приближенная функция Грина G2,1 (r,r?,t?) находится аналогично G1,1 z,z ,t и имеет вид: G2,1 (r,r?,t?)= 20?r t)exp(?10Foe2 )?1 (r)?1 (r), (32) где Foe2 = a2,et , a2,e = a10?10 0???, 1

1

2

( ??

?

1

2

?r ?1 (r)= ?1 (?)=(1??)? , ?= r?r . 1

0

?r

Модель ОМ2(В)

Вновь имеем аналогию (с ОМ2 и с ОМ1(В)). Для эффективного коэффициента баропроводности 02,5 получим аналогичную формулу, оценка коэффициентов в которой дает: 2

(

)

02,l = 0,12a10 1,20?. (39)

2

(

)

Для формулы Грина и решения получим выражения:

8

Математика и кибернетика - прикладные аспекты

1

2

2 2

)



( (

)

( ? t

?

G2,1 (r,r?,t)= ??r )exp(?4Fo2,e )?2 (r)?2 (r?), Fo2,e = a2,et , (40) 1

2

(

)

2

(

)

2

?r ?1 (z,t)= ?1?)(t) 1,17?2 (?)E2 )(t)(t) ????t (t)? d?dt(t)? , (41)

?

? ? ?

?

2

1

*

( (

?

(

)

? ?

? ?

? ? где E2 )(t) - экспонента из (40).

?

2

(

Вывод
1. Системно-иерархический подход к математическому моделированию процессов фильтрации метана с учетом его десорбции в неоднородных угольных пластах позволяет охватить большое количество практических задач расчета метаноотдачи угольных пластов на основе небольшого количества моделей-модулей и ординарных моделей.

2. Использование аналитико-численного метода [15] на основе использования структур решений и приближенных функций Грина имеет ряд преимуществ по сравнению с применяемыми аналитическими и численными методами. Это алгоритмическая и вычислительная относительная простота, унификация расчетов в различных случаях, простота полученных аналитических решений, позволяющих исследовать как динамику процессов, так и влияние на нее параметров модели.

3. Полученные решения могут служить удобной базой для разработки различных инженерных расчетных методик, необходимых для совершенствования многих аспектов угле- и газодобычи подземным способом.

Список литературы
1. Кричевский, Р. М. О выделении метана из угольного массива в подготовительные выработки [Текст] / Р. М. Кричевский // Бюллетень МАКНИИ №16. - Макеевка: МАКНИИ, 1947. - С. 22-31.

2. Развитие исследований по теории фильтрации в СССР [Текст] : колл. монография; под ред. П. Я. Полубариновой-Кочиной. - М.: Наука, 1969. - 546 с.

3. Айруни, А. Т. Основа предварительной дегазации угольных пластов на больших глубинах [Текст] / А. Т. Айруни. - М.: Наука, 1970. - 79 с.

4. Айруни, А. Т. Теория и практика борьбы с рудничными газами на больших глубинах [Текст] / А. Т. Айруни. - М.: Наука, 1986. - 336 с.

5. Кузнецов, С. В. Природная проницаемость угольных пластов и методы ее определения [Текст] / С. В. Кузнецов, Р. Н. Кригман. - М.: Наука, 1978. - 122 с.

6. Рогов, Е. И. Математические модели адаптации процессов и подсистем угольных шахт [Текст] / Е. И. Рогов, Г. И. Грицко, В. Н. Вилегжанин. - Алма-Ата: Наука. Казахская СССР, 1979. - 240 с.

7. Осипов, С. Н. К вопросу аналитического исследования распределения газового давления в угольных шахтах в результате вековой миграции метана [Текст] : сб. научн. раб. / С. Н. Осипов // в кн.: Разработка месторождения полезных ископаемых // Респ. межвед. - Киев: Техніка. - 1970. - Вып. 18. - С. 51-55.

8. Осипов, С. Н. Истечение сорбированного газа из сферического куска угля [Текст] : колл. монография / С. Н. Осипов // в кн.: Поглощение инертных газов в горных выработках. - Тула-Донецк. ТПИ-ВНИИГД, 1969. - С. 129 - 138.

9. Осипов, С. Н. Истечение сорбированного газа в сферическую полость при переменной газопроницаемости среды [Текст] / С. Н. Осипов // в кн.: Поглощение инертных газов в горных выработках. - Тула-Донецк. ТПИ-ВНИИГД, 1969. - С. 138-145.

10. Осипов, С. Н. Истечение сорбированного газа в сферическую полость при переменном коэффициенте газообмена [Текст] : колл. монография / С. Н. Осипов // в кн.: Поглощение инертных газов в горных выработках. - Тула-Донецк. ТПИ-ВНИИГД, 1969.- С. 145-149.

11. Осипов, С. Н. О некоторых газодинамических особенностях прогноза внезапных выбросов угля и газа [Текст] : сб. научн. раб. / С. Н. Осипов // в кн.: Разработка месторождений полезных ископаемых. Респ. межвед. - Киев: Техніка. - 1979. - Вып. 53. - С. 54-61.

12. Тарасов, В. Г. Прогноз газообильности выработок и дегазация шахт [Текст] / В. Г. Тарасов. - М.: Недра, 1973. - 144 с. 13. Колмаков, В. А. Метановыделение и борьба с ним в шахтах [Текст] / В. А. Колмаков - М.: Недра, 1981. - 134 с.

14. Венгеров, И. Р. Теплофизика шахт и рудников. Математические модели [Текст] : моногр. / И. Р. Венгеров // Анализ парадигмы. - Донецк: Норд-Пресс. - 2008. - Т. 1. - 632 с.

15. Венгеров, И. Р. Теплофизика шахт и рудников. Математические модели [Текст] : моногр.; / И. Р. Венгеров // Базисные модели. - Донецк: Донбасс. - 2012. - Т. 2. - 684 с.

9

Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность
своей работы


Новые загруженные работы

Дисциплины научных работ





Хотите, перезвоним вам?