五阳矿低透气煤层水力压裂卸压增透技术研究及应用

发布时间：2017-09-19 19:25

  本文关键词：五阳矿低透气煤层水力压裂卸压增透技术研究及应用

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【摘要】：我国煤层普遍具有低透气性的特点，使得煤层瓦斯抽采效率低下，严重影响煤矿安全生产。针对五阳煤矿高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采难题，提出了水力压裂卸压增透瓦斯抽采技术。采用理论分析、实验室分析和数值模拟方法对水力压裂裂缝起裂、扩展机理以及水力压裂卸压增透效应进行分析，在此基础上，结合五阳煤矿现场工业试验确定了合适的水力压裂技术工艺参数，为五阳煤矿高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采提供了理论依据和技术支持。 通过水力压裂理论分析阐明了裂缝起裂压力和裂缝长度的理论计算模型，结合煤岩全应力—应变过程渗透性试验揭示了水力压裂卸压增透作用机理；采用RFPA数值模拟方法研究了五阳煤矿水力压裂起裂压力和裂缝扩展延伸范围随地应力差和煤坚固性系数的变化规律；针对五阳煤矿地质条件选择现场工业试验地点，设计水力压裂试验方案，，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、封孔方式和深度等工艺参数。通过现场工业试验，验证方案设计，考察瓦斯抽采效果。 现场工业试验结果表明，水力压裂卸压增透后，煤层透气性明显增大，压裂后瓦斯抽采浓度、流量显著提高，水力压裂卸压增透技术适用于五阳煤矿高瓦斯低透气性煤层，在总结理论分析、数值模拟和现场试验结果基础上，得出适用于五阳煤矿水力压裂的主要技术工艺参数。
【关键词】：水力压裂 卸压增透 数值模拟 地应力差 瓦斯抽采
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-13
• 1.2.1 低渗煤层增透技术研究现状9-10
• 1.2.2 水力压裂技术研究现状10-12
• 1.2.3 存在的问题12-13
• 1.3 研究内容13
• 1.4 研究方法及技术路线13-15
• 1.4.1 研究方法13-14
• 1.4.2 技术路线14-15
• 2 水力压裂卸压增透机理15-26
• 2.1 煤层地质结构特征15-16
• 2.1.1 煤层层理15
• 2.1.2 煤体孔（裂）隙结构15-16
• 2.2 水力压裂裂缝起裂机理16-17
• 2.3 水力压裂裂缝扩展机理17-21
• 2.3.1 裂缝扩展过程及特点17-18
• 2.3.2 裂缝扩展类型及形态18-19
• 2.3.3 裂缝几何长度预测模型19-21
• 2.4 水力压裂卸压增透作用21-25
• 2.4.1 全应力—应变渗透试验原理21-22
• 2.4.2 煤样全应力—应变渗透性试验方案22
• 2.4.3 试验结果分析22-25
• 2.4.4 水力压裂卸压增透作用25
• 2.5 本章小结25-26
• 3 水力压裂卸压增透影响因素数值模拟26-40
• 3.1 数值模拟软件概述26-28
• 3.1.1 软件功能及特点26
• 3.1.2 软件基本原理26-28
• 3.2 数值模拟模型及模拟方案28-33
• 3.2.1 煤体破裂渗流—应力—损伤耦合模型28-30
• 3.2.2 数值模拟模型30-31
• 3.2.3 数值模拟方案31-33
• 3.3 不同地应力差对煤层水力压裂的影响33-37
• 3.3.1 不同地应力差对起裂压力的影响33-35
• 3.3.2 不同地应力差对裂缝延伸的影响35-37
• 3.4 不同坚固性系数对水力压裂的影响37-39
• 3.4.1 不同坚固性系数对起裂压力的影响37
• 3.4.2 不同坚固性系数对裂缝延伸的影响37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 4 五阳煤矿水力压裂试验方案及参数确定40-48
• 4.1 矿井及试验区域概况40-42
• 4.1.1 矿井概况40-41
• 4.1.2 试验区域概况41-42
• 4.2 煤层水力压裂方案设计42-44
• 4.2.1 水力压裂试验方案42-43
• 4.2.2 压裂及抽采钻孔布置43-44
• 4.3 煤层水力压裂技术参数44-47
• 4.3.1 水力压裂注水参数44-45
• 4.3.2 水力压裂孔封孔45-47
• 4.3.3 水力压裂装备系统47
• 4.4 本章小结47-48
• 5 水力压裂现场试验及效果考察48-56
• 5.1 煤层水力压裂试验48-50
• 5.1.1 泵注程序设计48
• 5.1.2 压裂系统调试48
• 5.1.3 水力压裂实施48-50
• 5.2 水力压裂效果考察50-55
• 5.2.1 压裂前后瓦斯抽采参数50-52
• 5.2.2 压裂前后煤层含水率52-53
• 5.2.3 压裂前后煤层瓦斯含量53-54
• 5.2.4 水力压裂卸压增透范围考察54-55
• 5.3 本章小结55-56
• 6 结论及展望56-58
• 6.1 主要结论56-57
• 6.2 论文展望57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-66
• 附录66

【参考文献】

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本文编号：883475