煤储层中的割理网络作为流体运移的主要通道,深刻影响煤层气的运移与产出,因此,割理网络输运属性定量评估对于储层产能预测和煤层气开采具有重要的意义。大量证据表明煤储层自然裂隙具有分形特征,使用分形理论来表征其复杂几何形貌是一种行之有效的研究手段。基于以上认识,本文聚焦于割理网络模型的表征及其传质过程的孔隙尺度模拟。在割理网络表征及其渗流扩散行为方面主要开展了如下四个方面的研究:(1)单割理自仿射几何定量表征及新Weierstrass-Mandelbrot函数的发展Weierstrass-Mandelbrot(W-M)随机分形函数常用来表征自然裂隙端面几何形貌,据新近分形拓扑理论,H(Hurst指数)与_fD(分形维数)之间并非_fD≈d-H(d为欧几里得维数)的关系,而是_fD=d(1+H),于是修正了W-M函数及其结构函数。(2)煤储层割理网络的构建利用修正的W-M函数,结合自然裂隙端面几何自仿射属性和煤储层割理空间构型及分布,实现了割理网络自仿射属性表征,发展了一种自仿射粗糙割理网络构建方法。(3)孔隙尺度下割理网络流体运移过程的LBM模拟及渗透性能分析采用格子Boltzmann方法(LBM)于孔隙尺度下模拟了流体运移过程并计算了其渗透性能。对比分析表明无端割理情况下储层渗透率满足三重效应分形裂-渗关系。端割理的引入会增强储层的渗透性能。Hurst指数、面割理和端割理开度均能引起割理网络整体渗流特征的改变。具体表现为渗透率随Hurst指数及面割理的开度增加而增大,而与端割理具有小开度下影响权重高,大开度下影响权重小的特点,且该权重值与端、面割理开度的比值具有一定的幂率关系。同时,在查明它们之间的差异性贡献后,建立了煤储层割理网络影响下的经验渗透率模型。(4)割理网络中对流-扩散过程的模拟及输运属性分析结合Taylor-Airs方程,理论解析并建立了弯曲裂隙中对流-扩散过程中弥散系数的预测模型,采用新的LBM程序模拟并初步验证了其有效性。进而在割理网络表征模型中模拟对流-扩散过程,初步分析了端、面割理开度及弯曲度对割理网络中对流-扩散行为的影响,发现割理网络中对流-扩散行为主要受控于与宏观流方向一致的面割理。本次主要研究了割理网络的渗流特征及其对流-扩散行为,以期为今后研究煤层气运移及割理网络等复杂介质物质输运问题提供理论基础。