基于高压电脉冲水压致裂的煤层瓦斯致裂增透效果研究

发布时间：2017-10-12 04:12

  本文关键词：基于高压电脉冲水压致裂的煤层瓦斯致裂增透效果研究

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【摘要】：低透气煤层瓦斯抽采是目前我国煤矿瓦斯治理及煤层气开采的技术难题。利用人工的方法对煤岩储气层进行结构改造，增加裂隙、弱化强度、改善渗透性是有效途径。在钻孔水压致裂的基础上，施以高压电脉冲荷载，利用高压脉冲放电在水压裂隙尖端形成的水激波及振动效应，，改变瓦斯赋存环境，促进物态转换（吸附向游离）进程，增加煤层透气性、提高瓦斯抽放效率。高压脉冲放电技术虽在油气层开采中成功应用，但储油气层的的赋存条件，物理力学性质与煤层有较大差异，将该技术引入预防煤层瓦斯突出和瓦斯抽放，有很多问题需要进一步研究解决。本文主要完成以下几个方面的工作： 1)由超声波扫描结果所得出的首播时间可知，钻孔煤样在7kV的放电电压和3MPa的水压下所产生的12MPa脉动水压使煤样产生250mm的贯穿层理面的裂纹。随着放电电压的增大，主裂纹继续发育，微裂纹形成并与主裂纹重合，放电电压为11kV时，横向裂纹扩展至试件表面，微裂纹和主裂纹基本布满整个煤样。 2)理论分析地应力对煤岩力学性能的影响以及地应力和脉冲水激波作用下煤岩体的破坏过程，并对理想条件下煤岩钻孔起裂位置进行了分析。由试验过程中裂纹起裂位置可知，高压电脉冲水激波的作用使钻孔径向的切向应力最大，切向应力的拉伸使径向位置处裂纹最先起裂并扩展。 3)通过RFPA2D-Flow软件，对处于实际地应力条件下的煤样进行数值模拟，模拟过程中水压持续递增，通过声发射描述各个水压力阶段煤样裂隙的主裂隙和微裂隙的发育过程，并和试验中超声扫描结果相比较。比较得知，传统水力压裂技术，煤样在18MPa时才能产生主裂纹，12MPa的静水压力只能形成压力增长带，而高压电脉冲水力压裂技术所产生的12MPa脉动水压已使煤样内部产生了贯穿层理面的裂纹。 4)通过超声波无损检测手段和模拟过程中所得结果，评价高压电脉冲水力压裂技术对煤样的致裂效果和应用前景，以及将高压电脉冲水压致裂技术应用到实际工程中的优势和所要克服的问题。
【关键词】：高压电脉冲 超声波 瓦斯抽放 水压致裂 RFPA2D-Flow
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 研究目的和意义8-9
• 1.2 低渗透性煤层瓦斯强化抽放方法分析9-11
• 1.2.1 密集钻孔抽放瓦斯方法9
• 1.2.2 水压致裂瓦斯抽放方法9-10
• 1.2.3 水力冲孔瓦斯抽放方法10
• 1.2.4 开采解放层强化抽采方法10
• 1.2.5 水力割缝强化抽放方法10-11
• 1.3 国内外高压电脉冲技术研究现状11-13
• 1.3.1 国外对高压电脉冲技术的研究与应用概况11-12
• 1.3.2 国内高压电脉冲技术的发展与研究现状12-13
• 1.4 本文的主要研究内容13-14
• 2 高压电脉冲技术14-23
• 2.1 液电效应的产生14
• 2.2 高压电脉冲原理及结构14-17
• 2.2.1 工作原理14
• 2.2.2 总体结构14-15
• 2.2.3 技术参数及电路组成15
• 2.2.4 关键部件15-17
• 2.3 水中高压放电基本现象分析17-22
• 2.3.1 水的动力性质17
• 2.3.2 水激波分析17-20
• 2.3.3 气泡脉动分析20-21
• 2.3.4 能量分布21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 3 煤层脉动水力压裂起裂机理23-32
• 3.1 地应力对煤岩力学性质的影响23-26
• 3.2 地应力与脉动压力波作用下煤岩体破裂过程26-28
• 3.3 地应力和脉动压力波作用下煤岩体起裂位置28-31
• 3.4 本章小结31-32
• 4 煤层致裂增透试验32-50
• 4.1 试验试件的设计与制作32-33
• 4.2 超声波检测试件33-36
• 4.3 试验后的超声脉冲扫描36-43
• 4.5 试验数据分析43-49
• 4.6 本章小结49-50
• 5 本煤层水力压裂数值模拟50-58
• 5.1 RFPA2D-FLOW渗流版简介50
• 5.2 本煤层水力压裂模型建立50-52
• 5.2.1 工程地质条件及力学性能参数50-51
• 5.2.2 实体模型的建立51
• 5.2.3 边界条件及加载应力51-52
• 5.3 模拟结果及分析52-57
• 5.4 本章小结57-58
• 6 结论与展望58-60
• 6.1 结论58
• 6.2 展望58-60
• 6.2.1 需要解决的问题58-59
• 6.2.2 应用前景59-60
• 参考文献60-64
• 在学研究成果64-65
• 致谢65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1016575