水力压裂防治冲击地压的应用研究

发布时间：2017-08-18 23:12

  本文关键词：水力压裂防治冲击地压的应用研究

  更多相关文章： 特厚煤层 冲击地压 水力压裂 数值模拟 微震监测 钻屑法

【摘要】：水力压裂技术是防治冲击地压的有效手段之一。本文采用理论分析、数值模拟和现场实践结合的手段,对深井特厚煤层条件下的冲击煤层进行水力压裂防冲实践研究,得出以下主要结论：(1)理论分析了深井特厚煤层条件下冲击地压的形成原因,并分析了水力压裂防治冲击地压的作用机理,系统分析了影响水力压裂破裂效果的因素；(2)采用RFPA数值模拟软件研究了不同地应力、不同钻孔孔径及不同钻孔间距情况下水力压裂裂缝的扩展情况,主要结论有：水力压裂过程可划分为压裂前阶段、形成微裂阶段、破裂阶段三个阶段,采用拟合曲线的方法得出应力差与起裂压力值两者之间的关系,随着应力差的增大,起裂压力出现下降的趋势,最终趋于0,即当应力差足够大时,煤体在围岩应力作用下就可以被压裂；孔口破裂的水压力随着钻孔直径的增加而不断减少,孔径增大到一定程度后对降低孔口破裂水压力的作用明显减弱,模拟结果认为现场钻孔孔径应低于95mm,结合现场施工情况以及钻机、钻杆、钻头的配套使用,确定现场施工合理的钻孔孔径为65mm；数值模拟结果认为该工作面合理的钻孔间距应为20m；(3)确定了现场的施工参数、施工工艺及施工设备,采用数值模拟方法进行钻杆选型的研究;(4)采用微震、冲击地压应力在线监测技术及钻屑煤粉量,对水力压裂防冲措施效果进行综合监测。监测结果显示：压裂后,微震事件在频次上有所降低,在能量上有所减少；应力均有所降低,应力峰值也得到一定程度的降低；钻屑煤粉量均未超出极限煤粉量。表明水力压裂可以起到良好的防冲效果。
【关键词】：特厚煤层 冲击地压 水力压裂 数值模拟 微震监测 钻屑法
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD324.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-20
• 1.1 研究背景及意义12-14
• 1.2 国内外研究现状14-17
• 1.2.1 冲击地压国内外研究现状14-15
• 1.2.2 水力压裂国内外研究现状15-17
• 1.3 主要研究内容及技术路线17-20
• 1.3.1 主要研究内容17-18
• 1.3.2 技术路线18-20
• 2 水力压裂防治冲击地压的理论研究20-30
• 2.1 水力压裂技术简述20-21
• 2.2 水力压裂机理的理论分析21-26
• 2.2.1 流固耦合作用下水力压裂的作用机理21-25
• 2.2.2 水力压裂防冲作用机理25-26
• 2.3 深井特厚条件下冲击地压的成因26-27
• 2.4 影响水力压裂破裂效果的因素27-28
• 2.5 本章小结28-30
• 3 水力压裂数值模拟30-46
• 3.1 不同地应力差对煤层水力压裂的影响30-37
• 3.1.1 数值模拟方案模型30-31
• 3.1.2 模拟结果分析31-37
• 3.2 不同钻孔孔径下水力致裂裂缝扩展情况37-41
• 3.2.1 数值模拟方案37
• 3.2.2 模拟结果分析37-41
• 3.3 不同钻孔间距条件下水力致裂裂缝扩展情况41-44
• 3.3.1 数值模拟方案42
• 3.3.2 模拟结果分析42-44
• 3.4 本章小结44-46
• 4 工程实践46-68
• 4.1 工作面地质条件46-50
• 4.1.1 工作面位置46
• 4.1.2 地质条件46-47
• 4.1.3 工作面冲击地压危险性评价47-50
• 4.2 水力压裂现场施工方案50-54
• 4.2.1 压裂孔施工要求50-53
• 4.2.2 压裂施工的安全技术措施53-54
• 4.3 水力压裂现场施工设备选型54-59
• 4.3.1 钻机54-56
• 4.3.2 钻杆56-59
• 4.3.3 钻头59
• 4.3.4 注水泵59
• 4.4 水力压裂施工效果监测59-67
• 4.4.1 微地震监测系统(BMS)59-61
• 4.4.2 冲击地压实时监测预警系统(CRMS)61-63
• 4.4.3 钻屑煤粉法监测63-65
• 4.4.4 煤体含水率增量65-66
• 4.4.5 顶底板移近量66-67
• 4.5 本章小结67-68
• 5 总结与展望68-70
• 5.1 总结68-69
• 5.2 存在的不足与展望69-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75
• 作者简介及读研期间主要科研成果75

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本文编号：697305