低滲透煤巖體水力壓裂裂隙擴(kuò)展演化及其增透機(jī)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(chǔ)集在煤層中的自生自儲(chǔ)非常規(guī)天然氣體;同時(shí)也是常規(guī)天然氣最現(xiàn)實(shí)、最可靠的補(bǔ)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(zāi)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(chǔ)存地質(zhì)條件復(fù)雜，煤形成后期受到強(qiáng)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(chǔ)存結(jié)構(gòu)，改變了煤的固體骨架，導(dǎo)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(chǔ)地質(zhì)環(huán)境基本呈不均勻性。因此，選擇一種施工簡(jiǎn)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(duì)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(yàn)、理論分析、數(shù)值模擬和工程實(shí)踐相結(jié)合對(duì)低滲透煤巖體水力壓裂裂隙擴(kuò)展演化及增透技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析研究。
　　(1)利用真三軸加載試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行煤

3、巖體水力壓裂相似模擬試驗(yàn)，分析得出了裂隙起裂、擴(kuò)展延伸的力學(xué)條件、次級(jí)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(kuò)展準(zhǔn)則。
　　(2)分析真三軸煤巖體水力壓裂試驗(yàn)聲發(fā)射信號(hào)頻率特征，得出:試件聲發(fā)射活動(dòng)在達(dá)到大量產(chǎn)生之前有較多的聲發(fā)射信號(hào)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(yàn)過程中這些原始損傷更容易形成裂紋的擴(kuò)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(chǎng)的分布情況共同影響著

4、裂隙弱面的擴(kuò)展延伸方向。
　　(3)根據(jù)真三軸煤巖體水力壓裂試驗(yàn)對(duì)低滲透煤巖體水力壓裂增透機(jī)理進(jìn)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(shì)，表達(dá)式為:y=0.0015e0.0942x;并對(duì)低滲透煤巖體水力壓裂效果影響因素進(jìn)行分析，得出注水孔數(shù)目、注水壓力和地應(yīng)力差對(duì)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(duì)不同應(yīng)力差狀態(tài)下和不同注水孔數(shù)目情況下進(jìn)