松軟煤層井下水力壓裂致裂機(jī)理及應(yīng)用研究.pdf

1、煤層氣開(kāi)發(fā)對(duì)于煤礦安全、資源回收、環(huán)境保護(hù)等方面具有重要意義。我國(guó)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)?；_(kāi)發(fā)的主要瓶頸,因此煤層有效增透是煤層氣開(kāi)發(fā)亟待解決的問(wèn)題。實(shí)踐表明,采用水力壓裂對(duì)中硬及硬煤層進(jìn)行增透改造具有明顯效果,但對(duì)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(kuò)展規(guī)律具有特殊性,尚缺乏理論支撐和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。論文依托國(guó)家科技重大專項(xiàng)課題“低透氣性煤層煤層氣增產(chǎn)技術(shù)與裝備”,綜合采用實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、理論分析

2、、數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等手段,針對(duì)松軟煤層水力壓裂致裂機(jī)理及應(yīng)用開(kāi)展了以下研究:
　　(1)基于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)開(kāi)展了松軟煤體在不同含水率條件下的物理力學(xué)特性及破裂特征研究,獲得了松軟煤體的變形破裂機(jī)制,為建立松軟煤層水力壓裂模型奠定基礎(chǔ)。
　　(2)基于彈塑性力學(xué)與斷裂力學(xué)理論,從變形、發(fā)生與擴(kuò)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(kuò)展三個(gè)階段,構(gòu)建了松軟煤層韌性起裂擴(kuò)展的數(shù)學(xué)計(jì)算模型,初步獲得松軟煤層水力壓裂裂

3、縫起裂及擴(kuò)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(kuò)展規(guī)律,獲得了松軟煤層煤體物理力學(xué)參數(shù)對(duì)壓裂半徑、裂紋最大開(kāi)度、裂紋數(shù)量等壓裂效果表征參量的量化影響效應(yīng)。
　　(4)開(kāi)展了松軟煤層水力壓裂工藝參數(shù)影響效應(yīng)數(shù)值模擬研究,獲得了流量、壓力、時(shí)間等壓裂工藝參數(shù)對(duì)松軟煤層壓裂半徑、裂紋最大開(kāi)度等的量化影響效應(yīng),為現(xiàn)場(chǎng)水力壓裂工藝技術(shù)優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。
　　(5)在松藻礦區(qū)渝陽(yáng)煤礦開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)