力学季刊

作者：常爱莲, 黄乐, 张郡铄, 姜天奇, 邵明鲁

关键词：变分数阶导数模型；页岩气储层；甲烷；数值模拟；反常扩散

因页岩气开采过程中形成的复杂流动缝网系统，导致甲烷气体向浅层地下水迁移，从而引起地下水甲烷含量超标，引发的地下水污染问题是当前备受关注的环境问题之一．因页岩储层结构的复杂性与随机性，且非均质性较强，甲烷在页岩储层中的运移规律有待深入研究．甲烷在基岩中以扩散为主，在裂缝中以渗流为主，从流动建模的角度来看经典对流-扩散模型不能有效刻画甲烷气体的运移规律．针对强非均质性页岩储层结构特点，本文建立能够准确描述具有历史依赖性的运移过程的变时间分数阶导数模型，揭示甲烷在非均匀介质中的反常扩散特征，模拟甲烷的浓度穿透曲线，有效刻画甲烷运移规律．结果表明：变阶数α(t)能够表征甲烷运移过程的时间记忆性，刻画浓度穿透曲线具有的明显拖尾特征及停滞效应．本研究解决了传统整数阶方程无法准确描述的反常扩散现象，为预测双碳目标下的页岩气开采过程中的地下水污染风险提供一种理论指导．

来源：2024年第3期

《力学季刊》期刊编辑部

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