低滲透煤巖體水力壓裂裂隙擴展演化及其增透機理研究.pdf

1、煤層氣是在煤化過程中生成以甲烷為主、并以物理吸附形式儲集在煤層中的自生自儲非常規(guī)天然氣體;同時也是常規(guī)天然氣最現(xiàn)實、最可靠的補充接替能源。它的開發(fā)和利用，既可以解決我國天然氣資源的不足，又可從根本上解決煤炭開采中的瓦斯爆炸、瓦斯突出等災害，還可以減少瓦斯排放量，減少環(huán)境污染及改善我國的能源結(jié)構(gòu)。我國煤層儲存地質(zhì)條件復雜，煤形成后期受到強烈的構(gòu)造破壞作用，煤的構(gòu)造發(fā)育程度高，迫使煤層碎裂，破壞了煤的原始儲存結(jié)構(gòu)，改變了煤的固體骨架，導致我

2、國絕大部分煤層表現(xiàn)為三低特性—低壓、低飽和、低滲透率;而且我國煤層存儲地質(zhì)環(huán)境基本呈不均勻性。因此，選擇一種施工簡單、施工成本較低、技術(shù)要求不是很高、而且增透效果理想的措施來改善煤巖體固體骨架，提高煤層透氣性，對煤層氣的開采利用顯得至關(guān)重要。而水力壓裂增透技術(shù)正好滿足了這一要求。采用相似模擬試驗、理論分析、數(shù)值模擬和工程實踐相結(jié)合對低滲透煤巖體水力壓裂裂隙擴展演化及增透技術(shù)進行系統(tǒng)分析研究。
　　(1)利用真三軸加載試驗系統(tǒng)進行煤

3、巖體水力壓裂相似模擬試驗，分析得出了裂隙起裂、擴展延伸的力學條件、次級裂隙的起裂條件和影響裂隙拐彎的條件因素，并給出了水力壓裂裂縫擴展準則。
　　(2)分析真三軸煤巖體水力壓裂試驗聲發(fā)射信號頻率特征，得出:試件聲發(fā)射活動在達到大量產(chǎn)生之前有較多的聲發(fā)射信號產(chǎn)生，該現(xiàn)象從客觀方面很好的印證了試件內(nèi)部具有更多的原始損傷，在試驗過程中這些原始損傷更容易形成裂紋的擴展，產(chǎn)生聲發(fā)射現(xiàn)象，表明裂隙弱面自身的性質(zhì)和原巖應(yīng)力場的分布情況共同影響著

4、裂隙弱面的擴展延伸方向。
　　(3)根據(jù)真三軸煤巖體水力壓裂試驗對低滲透煤巖體水力壓裂增透機理進行分析研究，得出滲透系數(shù)隨著裂隙數(shù)目的增加呈現(xiàn)出指數(shù)函數(shù)增長的趨勢，表達式為:y=0.0015e0.0942x;并對低滲透煤巖體水力壓裂效果影響因素進行分析，得出注水孔數(shù)目、注水壓力和地應(yīng)力差對壓裂效果的影響比較大，為第四章的數(shù)值模擬提供了理論依據(jù)。
　　(4)利用RFPA2D數(shù)值模擬軟件對不同應(yīng)力差狀態(tài)下和不同注水孔數(shù)目情況下進