豫西构造煤穿层钻孔水力压裂数值模拟及应用研究

发布时间：2020-08-06 13:24

【摘要】：针对豫西矿区存在的煤层透气性差、瓦斯抽采率低等问题,迫切需求采取相应措施改变现状。近年来水力压裂技术被广泛用于改造煤层的透气性,虽然取得了良好的效果,但对于构造煤层特殊的起裂机理及裂缝扩展规律,尚需理论和现场实践的支撑。因此,本文综合利用弹塑性断裂力学理论、数值模拟分析手段并结合数理统计方法对水力压裂的机理、裂缝的起裂和扩展进行了系统研究,取得如下主要的成果:(1)获取了煤岩钻孔起裂方向的一般规律:当k1(k=σH/σh)时,裂缝在X方向起裂;当k=1时,裂缝起裂会失去方向性;当k1时,裂缝在Y方向起裂。(2)在非均匀地应力场中煤体破裂压力随着最大与最小主应力及应力差的变化而变化,裂缝总是沿着最大主应力方向扩展,且表现为宽而短的几何形态。(3)基于水力压裂数值模拟结果,优化了研究区水力压裂工艺参数:压裂孔的方位角与最大主应力方向平行,倾角与煤层倾角一致,布孔间距(埋深500m)为100m,初始注水压力为10MPa,单孔注水时间在2小时以上。(4)受压裂的影响,煤体的含水率增加了2~3倍,煤层的透气性系数提高60~150倍,瓦斯抽采浓度增加50%~200%,抽采流量增大60%~300%,瓦斯抽采的衰减周期延长到3个月以上。总之,水力压裂在豫西矿区具有较好的卸压增透效果,同时在类似瓦斯地质条件的矿区也具有良好的推广应用价值。
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712.6

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