石渗流性质对于油气资源开发、深部煤炭开采、二氧化碳地质封存及地下水环境保护等问题至关重要。最近一项研究采用3D重构和LBM方法分析了岩石CH₄渗流性质及孔隙结构变形的影响，为评价和表征地下岩体开采变形对流体渗流的影响提供了一种新的可视化方法。

这篇名为“变形条件下孔隙岩石CH4 微细观渗流的Lattice Boltzmann 模拟”的论文是《科学通报》2014年第22期的封面文章，它从定量和可视化的角度分析了CH₄在孔隙岩石中的渗流特征以及岩层开采引发的孔隙结构变形对渗流的影响，由中国矿业大学（北京）鞠杨教授担任通讯作者撰写。

天然岩石原始包含着大量形态不规则和无序分布的孔隙，结构十分复杂，特别是，岩石深埋于地下，传统的现场探测技术与方法难以准确获知与定量表征地下开采引发的岩石内部孔隙结构变形、流体渗流等“看不见、摸不着”的物理力学过程，探测的难度大、成本高、适用性差，这些问题已成为科学准确地评价油气资源储层产能和资源开采效率的瓶颈难题。

该研究的创新之处在于发展了一种基于孔隙结构三维重构模型、LBM (LatticeBoltzmann Method)模拟相结合的CH₄流体渗流分析方法，在此基础上，运用有限元法模拟和解析了三向压力作用下岩石孔隙结构变形对CH₄渗流的影响机制，该方法具有直观、定量、可视化、适用于并行计算的特点，为评价地下岩体开采变形对渗流的影响以及储层气体渗流能力提供一种新的定量分析与可视化手段。

图1 砂岩孔隙结构的三维重构模型与有限元模型 (a)三维重构模型,  (b) 有限元网格模型

图2 孔隙砂岩CH₄渗流流速的空间分布 (a) 变形前, (b) 变形后 

研究发现：一定压力条件下，当孔隙岩石发生三轴压缩变形时，部分连通的孔隙空间被压缩，CH₄的渗透性减小。有效孔隙度小或低渗透性岩石的渗透率受孔隙被压缩的影响较大，敏感程度较高；而有效孔隙度大或高渗透性岩石的渗透率受此影响较小，敏感程度较低。该发现对于认识和理解采动应力变化对孔隙岩石气体渗流性质的影响具有重要意义。

该研究得到了国家杰出青年科学基金(批准号51125017)、国家自然科学基金(批准号51374213)和国家重点基础研究发展计划(批准号2010CB226804)的资助。

更多详情请见原文：

鞠杨, 王金波, 高峰, 谢和平. 变形条件下孔隙岩石CH₄微细观渗流的Lattice Boltzmann模拟. 科学通报, 2014, 59(22): 2127-2136