煤层脉动水力压裂压力波沿裂隙传播规律和解堵机理研究

发布时间：2017-06-11 22:02

  本文关键词：煤层脉动水力压裂压力波沿裂隙传播规律和解堵机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤层水力压裂技术用于突出防治、顶板管理和强化瓦斯抽采,在煤矿井下得到了广泛的应用。煤层脉动水力压裂是一种新型的压裂技术,与传统的恒压水力压裂相比具有明显的优势,并在工业应用中取得了显著的效果。为了进一步揭示煤层脉动水力压裂的压裂机制,有效的提高脉动水力压裂效果,本文以实验室试验和理论分析相结合的方法,研究脉动水力压裂动压力波传播和作用规律以及脉动压力解除裂隙堵塞的机理,在此基础上研究了不同脉动压裂参数下脉动压力的变化和对压裂效果的影响。文章从煤层的内部结构特征为切入点,分析了煤层中裂隙和孔隙特征对脉动水力压裂的影响,为裂隙的实验物理模型的建立奠定基础;然后对比分析了脉动水力压裂的发生方式,与普通水力压裂技术的发生设备相比,脉动水力压裂设备能够产生周期性变化的流量而非恒定流量,在煤层内部表现为周期性变化的脉动压力。通过理论分析建立了脉动压力发生的数学表达式,根据目前裂隙中脉动压力波传播理论模型,分析了脉动水力压裂压力的传播规律,分别从应力和能量的角度进行了计算,得到了压力传播和能量传播方程,说明了脉动压力的大小受到水流速度的影响,同时脉动压力的衰减值与入口距离大小相关。在脉动水力压裂实验系统的基础上,研究了水平直裂隙中脉动压力波传播规律和压裂机理分析,从脉动水流流动过程和煤体裂隙简化建立了实验的裂隙物理模型,结合脉动压力发生系统设计了脉动压力波传播实验方案,实验从相同频率不同开口和不同测点的脉动压力曲线变化,同时分了脉动压力沿程变化,对脉动水力压裂的机理进行了分析。在此基础上探究了脉动压力在裂隙网络中的传播和作用机制,从裂隙网络中不同角度的分叉裂隙进行研究,建立了不同分叉夹角的裂隙模型(实验中选择了30°、45°、60°、90°、120°、135°和150°),研究不同脉动频率、分叉夹角等不同参量条件下脉动压力波的传播,将所得到结果进行推广讨论了裂隙网络中脉动压力波传播规律,并结合前人的研究成果验证了结果的正确性。最后,在第五章研究了脉动压力的解堵机理,前人研究认为脉冲压力有利于裂隙中堵塞物的解除,本文从实验的角度进行了分析,在直裂隙模型的基础上引入了堵塞物和堵塞率的量化指标,实验中选择了四种不同堵塞率参数,研究不同脉动频率和堵塞率的情况下脉动压力的变化规律,根据实验结果分析脉动压力在裂隙中的作用特征,进而得出脉动压力的解堵机理。
【关键词】：脉动水力压裂 煤体裂隙 脉动压力 传播规律 解堵机理 煤层气
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD712
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-20
• 1 绪论20-30
• 1.1 研究背景和意义20-22
• 1.2 国内外研究现状及分析22-26
• 1.3 研究存在的问题26-27
• 1.4 研究的主要内容27-28
• 1.5 研究思路28-30
• 2 煤层结构特征及脉动水力压裂基础理论30-45
• 2.1 煤层的结构特征及压裂孔周围裂隙分布30-33
• 2.2 脉动水力压裂技术的基本理论33-39
• 2.3 煤层结构对脉动水力压裂的影响39
• 2.4 裂隙中脉动压力波传播理论39-43
• 2.5 脉动压力波理论值和实测值对比43-44
• 2.6 本章小结44-45
• 3 水平直裂隙中脉动压力波传播规律和压裂机理分析45-58
• 3.1 脉动水力压裂的过程分析45-46
• 3.2 脉动压力波传播实验模型和设备系统建立46-50
• 3.3 水平直裂隙中脉动压力波传播实验方案设计50-52
• 3.4 水平直裂隙脉动压力波传播实验结果分析52-55
• 3.5 脉动压力波作用机理分析55-57
• 3.6 本章小结57-58
• 4 分叉裂隙中脉动压力波传播和作用机理研究58-74
• 4.1 引言58
• 4.2 实验模型建立58-60
• 4.3 实验方案设计60-61
• 4.4 实验结果及分析61-72
• 4.5 裂隙网络中脉动压力波传播规律的讨论72-73
• 4.6 本章小结73-74
• 5 裂隙中脉动压力波解堵机理研究74-84
• 5.1 引言74
• 5.2 实验方案设计74-77
• 5.3 受堵塞裂隙中脉动压力波传播实验数据分析77-82
• 5.4 脉动压力波解除堵塞物的机理分析82-83
• 5.5 本章小结83-84
• 6 主要结论、创新点及展望84-86
• 6.1 主要结论84-85
• 6.2 创新点85
• 6.3 展望85-86
• 参考文献86-92
• 作者简历92-95
• 学位论文数据集95

【参考文献】

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1 沈镭;刘立涛;王礼茂;陈枫楠;张超;沈明;钟帅;;2050年中国能源消费的情景预测[J];自然资源学报;2015年03期

2 姚池;姜清辉;位伟;周创兵;;复杂裂隙岩体水 力耦合模型及溶质运移模拟[J];岩石力学与工程学报;2013年08期

3 王红岩;李景明;赵群;林英姬;;中国新能源资源基础及发展前景展望[J];石油学报;2009年03期

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  本文关键词：煤层脉动水力压裂压力波沿裂隙传播规律和解堵机理研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：442537