低透气性煤层井下水力压裂技术研究

发布时间：2020-03-09 18:04

【摘要】：针对目前低透气性煤层瓦斯抽采与治理难题，理论分析了煤层水力压裂裂缝扩展特征和增透机理；建立了煤层水力压裂数值分析模型，对煤层水力压裂裂缝扩展规律及煤体位移和应力变化规律进行了数值模拟，结果表明水力压裂可以促使煤体大范围裂缝网络形成，从而实现卸压增透的目的；建立了适合煤矿井下作业环境的整套井下水力压裂专用设备系统，确定了煤矿井下水力压裂工艺，并提出了井下水力压裂技术安全保障体系；通过现场试验，实现了低透气性煤层卸压增透目的，提高了低透气性煤层瓦斯抽采与治理效果，验证了低透气性煤层井下水力压裂增透技术的适用性、有效性和安全性。
【图文】：

121—压裂孔；2—一级弱面；3—二级弱面 ；4—滑移面图2.1 压裂液流动次序示意图Fig.2.1 Schematic diagram of fracturing fluid flow order2.1.3 煤层水力压裂裂缝扩展过程分析在进行水力压裂时，煤的破坏是压剪破坏，在此过程中煤的结构断裂是借助高压液体在钻孔周围张拉产生裂缝、支撑裂缝，，并使裂缝尖端继续张裂、扩展和延伸且与邻近裂隙连通相互作用的结果。根据井下水力压裂的技术特点，可将裂缝的扩展过程分为四个阶段：（1）准备阶段水力压裂措施刚开始实施时，要先采取低压进行一段时间注水。此阶段注水压力、注水量随时间不断升高。由于煤是一种裂隙——孔隙非常发育的二重介质，该阶段内，注水量随注水压力的升高而升高，呈现出线性变化。在这一阶段水在煤体裂缝中水的渗流可按 Darcy 定律简化：ij ijq K P(2.1)式中 q  注水量， t /min；P  注水压力

中国矿业大学（北京）博士学位论文16图2.5 裂缝扩展图Fig.2.5 Crack propagation graphc.裂缝失稳扩展所需的压力根据线弹性断裂力学的理论，可视垂直裂缝为无限长、大平面中的一条高为2L 的穿透性 A 型裂缝。裂缝承受很大的压力 P，最小的水平侧向应力 σ2在与裂缝面相垂直方向上作用着。在对线弹性断裂力学的研究可以表明，裂缝端部的应变场“应力强度因子”KI与裂缝尖端的应力场成正向关系，当 KI与临界值 KIC一致时，裂缝则会发生失稳扩展。KIC是材料常数，又被称为断裂韧性，可由实验得到其值，参考岩石的断裂韧性如下：221-rICEKv (2.10)式中 υ——泊松比；E——弹性模量， MPa；γ——比表面能
【学位授予单位】：中国矿业大学（北京）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712.6

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 康淑云;;快速推广瓦斯抽采利用新技术——“低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术现场推广会”侧记[J];中国煤炭;2008年07期

2 路强;;低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术推广会在淮南举行[J];中国煤炭;2008年06期

3 袁亮;薛俊华;;低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术[J];煤炭科学技术;2013年01期

4 邹山旺;刘际宏;孟凡新;;“三软”低透气性煤层超前钻孔有效排放半径的测定[J];煤矿安全;2006年07期

5 ;“低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术现场推广会”在安徽淮南召开[J];煤炭科学技术;2008年06期

6 邓照玉;;低透气性煤层巷道瓦斯涌出规律研究及应用[J];低碳世界;2014年03期

7 刘健;刘泽功;石必明;蔡峰;;深孔预裂控制爆破技术在低透气性煤层巷道掘进中的应用研究[J];建井技术;2008年03期

8 王惠风;王正伟;张海权;陈鑫;;单一低透气性煤层顶分层采面卸压抽采技术研究[J];煤炭工程;2012年11期

9 胡刚;王晓波;王维维;;低透气性煤层长钻孔爆破增透技术[J];黑龙江科技学院学报;2013年02期

10 闫金鹏;刘泽功;姜秀雷;陈磊;;高瓦斯低透气性煤层水力压裂数值模拟研究[J];中国安全生产科学技术;2013年08期

相关会议论文 前5条

1 曾春贵;何新矿;陈军;童文文;;低透气性煤层钻孔预抽消突成套技术研究与实践[A];第六届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C];2011年

2 张兴华;刘志忠;王岩;;深孔控制爆破强化抽放低透气性煤层瓦斯技术[A];煤矿重大灾害防治技术与实践——2008年全国煤矿安全学术年会论文集[C];2008年

3 蔡峰;刘泽功;林柏泉;;高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破强化增透效应数值模拟分析[A];第四届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C];2009年

4 陈留武;杨国和;黄春明;张晓强;;水力压裂孔提高松软低透气性煤层瓦斯抽放效果[A];中国煤炭学会煤矿安全专业委员会2009年学术研讨会论文集[C];2009年

5 赵青云;许英威;;提高低透气性煤层抽排瓦斯量的试验研究[A];瓦斯地质研究与应用——中国煤炭学会瓦斯地质专业委员会第三次全国瓦斯地质学术研讨会[C];2003年

相关重要报纸文章 前8条

1 记者 刘耀平 李韦 实习记者 樊菲;低透气性煤层瓦斯治理技术获重大突破[N];中国煤炭报;2009年

2 李万隆;重能集团:低透气性煤层瓦斯治理获突破[N];中国煤炭报;2011年

3 杨德刚;高瓦斯低透气性煤层卸压增透技术获成功[N];经理日报;2008年

4 记者 孙玉宝　通讯员 曹佩遴;煤炭行业推广淮南先进技术[N];安徽日报;2009年

5 马姝瑞;我国破解世界性煤矿安全综采难题[N];地质勘查导报;2008年

6 记者 耿梦济;煤与瓦斯共采技术有新进展[N];中国煤炭报;2008年

7 张蕾　整理;煤与瓦斯共采技术领跑科学开采[N];中华合作时报;2011年

8 本报记者 刘明德 陈楠;“冷面杀手”变成“热门能源”[N];中国煤炭报;2007年

相关博士学位论文 前2条

1 王志磊;低透气性煤层井下水力压裂技术研究[D];中国矿业大学（北京）;2015年

2 高坤;高能气体冲击煤体增透技术实验研究及应用[D];辽宁工程技术大学;2013年

相关硕士学位论文 前5条

1 柴磊;鹤煤四矿低透气性煤层瓦斯穿层钻孔抽放关键参数研究[D];河南理工大学;2010年

2 高坤;低透气性煤层瓦斯抽放定向钻进技术研究[D];辽宁工程技术大学;2005年

3 丁洋;低透气性煤层深孔预裂爆破增透抽采瓦斯技术研究[D];西安科技大学;2013年

4 池鹏;低透气性煤层深孔控制预裂爆破强化抽采技术研究[D];河南理工大学;2012年

5 刘

本文编号：2585880