松軟煤層井下水力壓裂致裂機理及應用研究.pdf

1、煤層氣開發(fā)對于煤礦安全、資源回收、環(huán)境保護等方面具有重要意義。我國煤層氣資源量大,但煤層滲透率普遍較低。低滲透率是煤層氣規(guī)?；_發(fā)的主要瓶頸,因此煤層有效增透是煤層氣開發(fā)亟待解決的問題。實踐表明,采用水力壓裂對中硬及硬煤層進行增透改造具有明顯效果,但對于易發(fā)生塑性變形的松軟煤層,其水力壓裂裂紋起裂和擴展規(guī)律具有特殊性,尚缺乏理論支撐和實踐經(jīng)驗。論文依托國家科技重大專項課題“低透氣性煤層煤層氣增產(chǎn)技術與裝備”,綜合采用實驗室試驗、理論分析

2、、數(shù)值模擬、現(xiàn)場試驗等手段,針對松軟煤層水力壓裂致裂機理及應用開展了以下研究:
　　(1)基于實驗室試驗開展了松軟煤體在不同含水率條件下的物理力學特性及破裂特征研究,獲得了松軟煤體的變形破裂機制,為建立松軟煤層水力壓裂模型奠定基礎。
　　(2)基于彈塑性力學與斷裂力學理論,從變形、發(fā)生與擴展的角度將松軟煤層水力壓裂劃分為煤層壓密、裂紋起裂與裂紋擴展三個階段,構建了松軟煤層韌性起裂擴展的數(shù)學計算模型,初步獲得松軟煤層水力壓裂裂

3、縫起裂及擴展規(guī)律。
　　(3)基于顆粒流離散元數(shù)值模擬方法研究了松軟煤層水力壓裂裂縫擴展規(guī)律,獲得了松軟煤層煤體物理力學參數(shù)對壓裂半徑、裂紋最大開度、裂紋數(shù)量等壓裂效果表征參量的量化影響效應。
　　(4)開展了松軟煤層水力壓裂工藝參數(shù)影響效應數(shù)值模擬研究,獲得了流量、壓力、時間等壓裂工藝參數(shù)對松軟煤層壓裂半徑、裂紋最大開度等的量化影響效應,為現(xiàn)場水力壓裂工藝技術優(yōu)化奠定基礎。
　　(5)在松藻礦區(qū)渝陽煤礦開展了現(xiàn)場試驗