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isbn号码:9787810218054

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• 煤岩物性
• 多相介质
• 物理模拟
• 数值模拟
• 煤层气
• 岩石力学
• 孔隙介质
• 流固耦合
• 能源
• 地球物理

多相介质煤岩物性的物理模拟与数值模拟 图书简介 本书聚焦于多相介质煤岩系统在特定条件下所展现出的复杂物理和力学行为。旨在通过深入的物理模拟和精密的数值模拟方法，揭示这些介质在孔隙结构、流体分布、以及应力应变响应等方面的内在规律。本书内容组织严谨，理论深度与工程实践紧密结合，为石油、天然气、煤层气开采、岩土工程以及地球物理勘探等领域的研究人员和工程师提供了一套系统的分析工具和理论框架。 第一部分：煤岩多相介质基础理论与实验表征 本书开篇系统回顾了多相介质在煤岩体中的基本概念，包括孔隙结构、渗透率、有效应力原理在非常规储层中的适用性。重点探讨了煤岩的非均质性、各向异性以及其对流体流动和力学响应的显著影响。 孔隙结构与微观形貌分析： 详细介绍了用于煤岩孔隙结构表征的先进技术，如CT扫描、扫描电镜（SEM）结合图像处理技术。内容涵盖孔隙度、比表面积、孔径分布的测量方法，并讨论了这些微观特征如何影响宏观渗流性能。特别关注了煤岩中微裂隙、喉道尺寸的统计学描述及其对非达西渗流的影响。 多相流体流动基础： 阐述了在煤岩孔隙网络中水、气、油等多种流体共存时的流动规律。引入了毛管力、润湿性在多相驱替过程中的关键作用。详细讨论了毛管压力曲线的测量方法及其在预测储层含气量和驱替效率中的应用。对于煤层气开采中的水相影响，进行了深入的机理分析。 力学行为与应力敏感性： 分析了煤岩在不同围压和孔隙压力作用下的力学响应，包括弹性模量、泊松比的变化。重点剖析了“应力敏感性”现象，即渗透率随有效应力变化的非线性关系。通过室内三轴压缩试验和渗透率耦合试验，阐述了应力路径对煤岩结构稳定性和流体流动能力的影响机制。 第二部分：物理模拟实验技术与装置 本部分详细介绍了构建和操作用于模拟煤岩多相介质行为的实验平台。强调了高精度、高保真模拟的重要性。 高压高温模拟装置设计： 介绍了用于模拟地下深层工作条件的等温或绝热岩心物理模拟系统的设计原理。包括高压釜的密封技术、流体注入与采集系统的精度控制，以及如何确保实验过程中温度和压力的稳定性和准确性。 渗流实验技术： 重点介绍了稳态和瞬态渗流实验的方法。对于非常规储层，详细阐述了瞬态测试技术（如压力回落法、脉冲衰减法）如何用于精确测定低渗透率煤岩的绝对渗透率和渗透率的应力敏感系数。 毛管力与润湿性实验： 描述了利用毛管重力法、离心法或原位观察技术来测定煤岩表面与流体间的界面行为。探讨了不同流体组合（如气水、气油）在煤岩表面的接触角测量及其对驱替效率的预测价值。 声发射与电学监测技术在模拟中的应用： 引入了先进的无损检测技术，如声发射（AE）和电阻抗谱（EIS），用以实时监测煤岩在加载或流体驱替过程中的微裂纹扩展和孔隙结构变化，实现物理过程的“可视化”监测。 第三部分：多相介质数值模拟理论与方法 本部分是本书的核心内容之一，构建了描述煤岩多相流动与力学耦合的数学模型，并介绍了求解这些模型的数值技术。 数学模型构建： 建立了基于质量守恒和动量守恒的耦合控制方程组。针对煤岩的特殊性，引入了基于离散裂隙网络（DFN）和随机介质理论的孔隙尺度描述。详细推导了适用于低渗透率、高孔隙度系统的修正达西定律和Biot固结理论的耦合形式。 有限元与有限体积方法： 详细介绍了将偏微分方程转化为代数方程组的数值求解技术。重点讨论了在处理高非线性（如应力敏感渗透率）和强耦合问题时，有限元（FEM）和有限体积（FVM）方法的选择、网格划分策略以及边界条件的处理。 离散裂隙网络（DFN）模拟： 阐述了如何将煤岩体内的优势裂隙系统几何化和拓扑化。介绍了DFN模型在模拟裂隙导流与基质吸附/扩散耦合流动中的优势，以及如何将裂隙网络与基质网格进行有效耦合。 数值模拟案例分析： 提供了多个实际工程问题的数值模拟案例，包括： 1. 煤层气渗流与吸附解吸的耦合模拟： 模拟了采气过程中甲烷在煤岩基质中的扩散、吸附/解吸过程与宏观渗流的相互影响。 2. 水力压裂过程的流固耦合模拟： 利用可扩展的数值模型，模拟了压裂液在裂隙中的非牛顿流动、岩石的破裂扩展及对渗透率的长期影响。 3. 多相流体驱替效率预测： 基于数值模拟，预测了注水、注气或CO2驱替对提高煤岩储层采收率的潜力。 第四部分：实验数据与数值模型的集成与验证 本书强调了物理模拟与数值模拟之间相互验证和校正的重要性。 模型参数化与校准： 阐述了如何利用物理实验数据（如渗透率曲线、毛管压力数据）来反演和校准数值模型中的关键输入参数，尤其是非线性参数和表征孔隙网络结构的参数。 不确定性分析： 讨论了由于煤岩高度非均质性带来的参数不确定性问题。介绍了蒙特卡洛模拟等方法，用于评估模型预测结果的可靠性和敏感性范围。 结论与展望： 总结了当前多相介质煤岩模拟领域取得的主要进展，并指出了未来在超临界流体模拟、多尺度耦合模拟以及人工智能辅助模型优化等方向上的研究前沿和挑战。 本书内容全面、理论扎实、方法新颖，是煤岩工程、非常规油气开发、岩石力学及地下水文地质等领域相关专业人士不可或缺的参考资料。

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这本书的价值，想必不仅仅停留在理论和方法的介绍上，更在于它对实际工程挑战的深刻洞察。在煤矿开采和非常规油气开发中，诸如瓦斯突出、地层沉降、水力压裂效率低下等问题，都与煤岩内部复杂的多相介质特性息息相关。我非常好奇，作者是如何将那些精密的物理模拟和数值模拟结果，转化为可指导现场操作的工程建议的。比如，在设计压裂液的配方或优化注水/注气方案时，这些模拟结果能提供哪些量化的依据？书中是否探讨了如何量化模拟结果中的不确定性，并将其传递到风险评估中？我更希望看到一些对比分析，比如某项工程问题，在采用了基于此书方法的模拟指导后，与传统的经验方法相比，在效率提升或安全保障上有哪些显著的突破。这种将纯粹的科学研究与硬核的工程应用紧密结合的能力，才是衡量一本优秀专业著作的重要标准。

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阅读一本专业性极强的书籍，最怕的就是晦涩难懂，但我从这本书的标题中感受到一种强烈的“解决问题”的导向性，这通常意味着作者在阐述复杂概念时会尽量贴近实际工程需求。我设想，书中可能有一章专门讨论了煤岩结构特征对流体传输的影响，这不仅仅是简单的孔隙度或渗透率概念。更重要的是，煤岩中存在着天然裂缝网络、微裂隙以及不同尺度的孔隙系统，这些结构如何协同作用，影响着气体的吸附、解吸和流动？我期待书中能用大量的图表和实例来展示这些结构特征是如何通过先进的成像技术（如CT扫描）被捕捉，并最终转化为数值模型中的输入参数。如果作者能提供关于“多尺度模拟”的视角，即如何将微观孔隙尺度、介观裂缝尺度和宏观储层尺度的物理过程连接起来，那就更具开创性了。这种跨尺度的思维，是理解煤岩油气藏行为的关键所在。

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哇，这本书的封面设计就充满了深邃的工业气息，那种粗粝的质感和严谨的排版，一下子就把你拉进了一个充满挑战性的科研领域。我一直对那些看不见的、微观层面的物理过程很感兴趣，而煤岩这种复杂的材料，简直就是物理学家和工程师的“圣杯”。光是书名，就足够让人对内容充满期待——“多相介质”、“物理模拟”、“数值模拟”，这三个词汇组合在一起，暗示着作者试图打通理论与实践的鸿沟。我猜想，这本书里一定详尽地介绍了如何构建一个真实反映地下环境的实验室模型，比如那些高压、高温的模拟装置，以及如何精确测量孔隙结构、流体流动等关键参数。我特别好奇作者在描述物理模拟的实验流程时，是如何处理边界条件和误差控制的。毕竟，煤岩的非均质性太强了，任何微小的环境变化都可能导致宏观结果的巨大偏差。这本书如果能深入浅出地解析这些实验中的“陷阱”和“诀窍”，那对于现场工程师和初入此领域的学生来说，简直就是一本“武功秘籍”。我期待它能提供一些具体的案例分析，比如在页岩气开采中，模拟压裂过程中多相流体（气、液、固）的相互作用，那种复杂性和实时动态的挑战，真是令人着迷。

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这本书的结构似乎很扎实，从基础理论到高级应用，层层递进，就像是为我们这些“门外汉”量身定制的导航图。我尤其关注“数值模拟”这部分，这部分往往决定了研究的深度和广度。我猜想，书中对有限元法（FEM）或有限差分法（FDM）在处理煤岩力学响应和渗流耦合问题时的具体算法和离散化策略会有详尽的论述。现在很多软件工具都能进行模拟，但理解背后的数学原理和数值方法的适用性，才是真正的核心竞争力。我希望作者能详细阐述如何将复杂的本构关系（比如损伤力学模型）有效地嵌入到数值框架中，并且如何验证模拟结果的可靠性，毕竟，数值模拟的结果如果没有充分的物理实验数据作为支撑，就很容易变成“空中楼阁”。此外，对于多相流动的数值求解，比如采用VOF（流体体积法）还是相场法来描述界面演化，不同的选择会带来怎样的计算效率和精度上的权衡？这本书要是能提供一些源代码片段或关键公式的推导，那就太棒了，这将极大地帮助读者构建自己的模拟平台。

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从装帧设计和文字风格来看，这本书散发出一种沉稳、严谨的学术气息，但更重要的是，它似乎体现了作者在数十年研究生涯中积累下的独到见解。我揣测，书中关于“物理模拟”的部分，一定涵盖了对传统方法的批判性继承。比如，在模拟高温高压环境下煤岩的蠕变和应力松弛行为时，如何解决传感器漂移和样品变形难以控制的问题？我期待作者能分享一些“独门秘籍”，比如在设计新型应力加载系统时所采用的创新思路。而在“数值模拟”方面，我希望看到作者对当前主流方法的局限性有清醒的认识，并且提出了自己的改进方向。例如，针对煤岩的粘塑性变形与流体流动之间的强耦合问题，是否存在一种更稳定、计算效率更高的耦合算法？这本书如果能引领读者思考如何构建下一代更贴近真实地下环境的模拟框架，而不是仅仅停留在对现有方法的应用层面，那它无疑将成为该领域内的一部里程碑式的著作。

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