低渗透煤层水力压裂参数优化研究

发布时间：2017-05-25 22:03

  本文关键词：低渗透煤层水力压裂参数优化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：低透气性是我国大部分煤层普遍具有的主要特点之一,这使得我国煤层瓦斯抽采效率非常低,并严重制约着煤矿的安全生产。针对陶一矿低渗透性煤层瓦斯抽采的艰难局面,提出了水力压裂瓦斯抽采技术。本文采用了理论分析与数值模拟两种研究方法对水力压裂的起裂压力、裂纹扩展延伸机理及规律进行了系统的研究与分析。基于以上相关研究与分析,结合陶一矿现场工业试验确定了适合陶一矿高瓦斯低渗透性煤层的水力压裂技术参数,为陶一矿煤层瓦斯抽采提供了丰富的理论依据和技术支撑。通过对水力压裂瓦斯抽采技术进行理论研究与分析,阐明了煤层微观孔隙结构、破裂准则、裂缝产生及其展布形态和破煤理论等,揭示了水力压裂瓦斯抽采技术的作用机理。利用RFPA2D-Flow版本数值模拟软件模拟研究了不同侧压系数和不同煤体坚固性系数下水力压裂的起裂压力和裂缝扩展延伸规律,还模拟研究了不同压裂孔间距对煤体裂缝扩展延伸规律的影响。根据陶一矿2#煤地质条件选择现场工业试验地点,提出煤层水力压裂技术方案,根据裂缝起裂理论计算模型和数值模拟结果设计水力压裂注水压力、注水时间、注水流量以及封孔深度等技术参数并进行参数优化。最后通过现场工业试验,验证水力压裂技术方案是否合理,并考察煤层瓦斯抽采效果。现场工业试验结果表明:压裂后煤层瓦斯抽采流量和浓度明显增加,透气性显著提高。最后结合理论分析、数值模拟和现场工业试验的研究与分析结果,得出一套适用于陶一矿水力压裂的主要技术工艺参数。
【关键词】：水力压裂 侧压系数 坚固性系数 孔间距 数值模拟 参数优化
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 选题背景及研究意义9-10
• 1.2 国内外现状及发展趋势10-12
• 1.2.1 水力压裂作用机理研究现状10-11
• 1.2.2 水力压裂数值模拟研究现状11
• 1.2.3 水力压裂参数优化研究现状11-12
• 1.3 主要研究内容及技术路线12-14
• 1.3.1 研究内容12
• 1.3.2 研究方法12-13
• 1.3.3 技术路线13-14
• 第2章 低渗透煤层水力压裂增透机理及关键影响参数14-22
• 2.1 水力压裂卸压增透理论研究14-17
• 2.1.1 煤层微观孔裂隙结构14-15
• 2.1.2 水力压裂的破裂准则15-17
• 2.2 水力压裂增透理论分析17-20
• 2.2.1 水力压裂裂缝产生及其展布形态分析17-18
• 2.2.2 水力压裂破煤理论分析18-19
• 2.2.3 水力压裂的卸压增透作用19-20
• 2.3 水力压裂工艺关键参数对压裂效果的影响20-22
• 2.3.1 注水压力20
• 2.3.2 注水时间20
• 2.3.3 注水流量20-22
• 第3章 低渗透煤层水力压裂数值模拟22-56
• 3.1 RFPA2D-flow软件简介22-23
• 3.1.1 软件功能及特点22
• 3.1.2 软件基本原理及模拟流程图22-23
• 3.2 数值模拟模型及模拟方案23-29
• 3.2.1 煤体破裂渗流-应力-损伤耦合模型23-26
• 3.2.2 数值模拟模型26-27
• 3.2.3 数值模拟方案27-29
• 3.3 不同侧压系数对煤层水力压裂的影响29-41
• 3.3.1 煤体应力图分析29-35
• 3.3.2 渗流孔隙水压力分析35-38
• 3.3.3 裂隙发育对应的声发射特征38-41
• 3.4 不同坚固性系数对水力压裂的影响41-47
• 3.4.1 不同坚固性系数对起裂压力的影响41-45
• 3.4.2 不同坚固性系数对裂缝延伸的影响45-47
• 3.5 双孔压裂数值模拟47-56
• 3.5.1 双孔压裂裂缝扩展规律分析47-50
• 3.5.2 双孔压裂煤体应力变化分析50-52
• 3.5.3 双孔压裂孔间距变化的影响52-56
• 第4章 水力压裂试验方案及参数优化56-64
• 4.1 试验工作面概况56-57
• 4.2 煤层水力压裂方案设计57-61
• 4.2.1 钻孔施工57-59
• 4.2.2 封孔59-60
• 4.2.3 压裂钻孔注水60-61
• 4.3 煤层水力压裂技术参数优化61-64
• 4.3.1 水力压裂参数优化原则61-62
• 4.3.2 水力压裂关键参数优化62-64
• 第5章 水力压裂现场试验64-73
• 5.1 水力压裂效果考察64-71
• 5.1.1 压裂前后瓦斯抽采参数变化64-68
• 5.1.2 12706工作面注水总结68-71
• 5.2 经济效益和社会效益71-73
• 第6章 结论及展望73-75
• 6.1 主要结论73-74
• 6.2 展望74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-79
• 作者简介79-80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：395117