谢桥煤矿B8煤层水力压裂增透技术研究

发布时间：2017-03-28 22:11

  本文关键词：谢桥煤矿B8煤层水力压裂增透技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：针对谢桥煤矿二水平东一B组采区下部车场揭B8煤层区域低透气性、易诱导突出等问题,提出了重复压裂、压-冲结合的新型水力压裂增透方法对揭煤区域瓦斯进行强化抽采。采用理论分析、数值模拟和相似模拟试验相结合的研究方法,分析了新型水力压裂强化煤层增透机制,研究了煤层起裂特征与应力演化规律,并开展了现场工业试验进行验证。具体研究方法与结论如下：(1)现场实测了揭煤区域B8煤层的瓦斯基础参数,得到煤层原始瓦斯压力与含量分别为0.94MPa和6.0m3/t,煤层原始透气性系数为0.0147m2/(MPa2·d),属于高瓦斯、低透气性煤层。(2)依据最大拉应力准则,通过对裂隙前段进行受力分析,得到煤层起裂压力临界值计算公式,总结分析了定向水力压裂的裂隙起裂、延伸机理和增透作用,重复水力压裂的裂隙起裂、延伸机理和产生转向裂隙的条件,并根据定向压裂和重复压裂技术的增透机制,优化了目前井下穿层钻孔水力压裂技术措施。(3)采用RFPA2D-Flow软件数值模拟分析了在单孔压裂和双孔压裂不同模式下,煤层起裂特征及压裂孔周围煤层应力演化规律,得到B8煤层起裂压力值为30MPa,单孔压裂时会在压裂孔周围形成应力降低区、应力集中区、应力过度区和原始应力区,而采用双孔压裂(压裂孔距14～15m)能有效消除应力集中区。(4)依据相似准则构建水力压裂相似模拟试验系统,开展了重复水力压裂相似模拟试验,获得了重复压裂过程中B8煤层起裂压力：为31.2～36.4MPa之间,与数值模拟相符；分析了煤层顶板各测点的应力变化规律：随着压裂的重复实施,煤层起裂压力随之降低,压裂影响范围逐渐增大,因此,可通过实施重复水力压裂扩大压裂的影响范围。(5)开展了现场工业试验,并对其效果进行了考察,得到在35MPa水压下,煤层透气性系数提高了57～88倍,由难以抽采煤层转化为可以抽采煤层；在相同条件下,与地质条件相同的、仅实施普通水力压裂增透技术的东翼C组轨道石门揭B8煤层钻场相比,单孔抽采平均纯量增加了约150%,单孔抽采平均浓度上升了80%；抽采完成后,煤层残余瓦斯压力、含量分别为0.36MPa、3.6m3/t,揭煤区域的突出危险性消除,有效保证了B8煤层的安全揭煤。
【关键词】：水力压裂 煤层增透 数值模拟 相似模拟 瓦斯抽采 煤与瓦斯突出
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-18
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状及存在的问题13-15
• 1.2.1 水力压裂技术研究现状13-15
• 1.2.2 存在的问题15
• 1.3 主要研究内容与技术路线15-18
• 1.3.1 主要研究内容15-16
• 1.3.2 研究技术路线16-18
• 2 煤层基础参数测算18-22
• 2.1 煤层赋存条件及顶底板岩性18-19
• 2.2 煤层瓦斯基础参数19-20
• 2.3 煤体力学参数测定20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 水力压裂增透原理22-28
• 3.1 水力压裂裂隙起裂及扩展分析22-23
• 3.2 定向水力压裂裂隙扩展及增透分析23-24
• 3.3 重复水力压裂裂隙扩展及增透分析24-25
• 3.4 压裂增透方法优化25-26
• 3.5 本章小结26-28
• 4 水力压裂数值模拟研究28-44
• 4.1 煤岩破裂过程渗流-应力-损伤耦合模型与数值方法28-29
• 4.1.1 RFPA~(2D)-Flow渗流版简介28
• 4.1.2 渗流—应力耦合方程28-29
• 4.1.3 渗流—损伤耦合方程29
• 4.2 单孔水力压裂数值模拟29-37
• 4.2.1 建立计算模型29-31
• 4.2.2 数值模拟结果与分析31-37
• 4.3 双孔水力压裂数值模拟37-41
• 4.3.1 模型建立37
• 4.3.2 数值模拟结果与分析37-41
• 4.4 本章小结41-44
• 5 水力压裂相似模拟试验研究44-60
• 5.1 相似理论及相似材料配比选择44-47
• 5.1.1 相似理论44-45
• 5.1.2 相似材料配比选择45-47
• 5.2 水力压裂相似模拟试验47-57
• 5.2.1 水力压裂相似模拟试验系统47-52
• 5.2.2 试验方案及模型制作52-53
• 5.2.3 试验过程53-54
• 5.2.4 试验结果分析54-57
• 5.3 本章小结57-60
• 6 水力压裂工程试验与增透效果考察60-78
• 6.1 工程概况60-61
• 6.2 水力压裂工艺流程的确定61-62
• 6.3 水力压裂现场实施62-68
• 6.3.1 压裂钻孔设计62-63
• 6.3.2 压裂钻孔封孔工艺63-64
• 6.3.3 水力压裂注水系统64-65
• 6.3.4 水力压裂实施步骤及现场实施65-68
• 6.4 水力压裂增透效果考察68-76
• 6.4.1 揭煤区域钻孔抽采瓦斯影响半径考察69-71
• 6.4.2 钻孔瓦斯流量衰减系数及煤层透气性系数考察71-73
• 6.4.3 抽采瓦斯效果考察73-74
• 6.4.4 残余瓦斯压力与含量74-76
• 6.5 本章小结76-78
• 7 结论及展望78-80
• 7.1 结论78-79
• 7.2 展望79-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-85
• 作者简介及读研期间主要科研成果85

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本文编号：273117