岩石钻孔轴向预制裂缝定向压裂起裂与扩展规律研究

发布时间：2021-10-27 17:34

　　针对煤矿坚硬顶板垮落时易发生冲击灾害,采用水力压裂弱化坚硬顶板技术,现有的煤矿水力压裂技术是在沿钻孔径向的平行于岩层层面机械割缝,注高压水在一定范围内产生水平定向裂缝,达到降低垮落岩层厚度、减小顶板强度的目的。其缺点是不能在巷道的指定位置按照一定方向断裂。因此,提出沿钻孔轴向垂直层面预制裂缝定向压裂技术。本文以紫砂岩、石灰岩为例,采用理论分析和真三轴物理模拟实验相结合的方法,对预制裂缝岩石水力压裂裂缝的起裂和扩展规律展开研究,主要研究内容和研究结果如下:（1）基于线弹性断裂力学分析了预制裂缝孔眼壁围岩应力状态并建立了预制裂缝圆孔水力压裂力学模型,以最大环向张应力准则为起裂判据,分析了裂缝在地应力场和高压水作用下的起裂条件和起裂方向,给出了预制裂缝圆孔起裂压力和起裂角的计算方法。通过理论计算结果与物理实验结果比较,证明该模型可以较好地预测预制裂缝岩石水力压裂时的起裂压力和起裂角。（2）采用真三轴压裂实验装置,研究了不同预制裂缝角对定向压裂裂缝起裂与扩展延伸的影响规律。实验结果表明:预制裂缝长度5mm,水平应力差2MPa时,压裂裂缝均从预制裂缝尖端处起裂,并受到应力场的影响,逐渐向最大水平... 

【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 水力压裂数学模型与起裂参数
        1.2.2 水力压裂实验研究现状
        1.2.3 定向水力压裂研究现状
    1.3 本文的研究内容
    1.4 本文的研究技术路线
第二章 砂岩预制裂缝水力压裂起裂条件与准则
    2.1 含预制裂缝圆孔应力状态分析
    2.2 含预制裂缝圆孔起裂准则
    2.3 本章小结
第三章 预制裂缝角对裂缝起裂与扩展规律的影响
    3.1 岩石力学参数的测定
        3.1.1 抗拉强度的测定
        3.1.2 断裂韧度的测定
    3.2 预制裂缝试件的制备、实验装置及方法
        3.2.1 试件制备
        3.2.2 实验装置
        3.2.3 实验方案
        3.2.4 实验步骤
    3.3 预制裂缝角对裂缝起裂的影响
        3.3.1 不同预制裂缝角压裂过程中声发射的时序特征
        3.3.2 预制裂缝角对起裂压力与起裂角的影响
    3.4 预制裂缝角对压裂裂缝形态与扩展规律的影响
        3.4.1 预制裂缝角对压裂裂缝形态的影响
        3.4.2 预制裂缝角对压裂裂缝扩展规律的影响
    3.5 本章小结
第四章 预制裂缝长度对裂缝起裂及扩展规律的影响
    4.1 不同预制裂缝长度定向压裂实验方案
    4.2 预制裂缝长度对裂缝起裂的影响
        4.2.1 不同预制裂缝长度压裂过程中声发射时序特征
        4.2.2 预制裂缝长度对起裂压力与起裂角的影响规律
    4.3 预制裂缝长度对压裂裂缝形态与扩展规律的影响
        4.3.1 预制裂缝长度对压裂裂缝形态的影响
        4.3.2 预制裂缝长度对压裂裂缝扩展规律的影响
    4.4 本章小结
第五章 不同岩性对裂缝起裂及扩展规律的影响
    5.1 不同岩性定向压裂实验方案
    5.2 不同岩性对裂缝起裂与扩展的影响
        5.2.1 不同岩性对起裂位置的影响
        5.2.2 不同岩性压裂过程中声发射时序特征
        5.2.3 不同岩性对起裂压力的影响规律
    5.3 不同岩性对压裂裂缝形态与扩展规律的影响
        5.3.1 不同岩性对压裂裂缝形态的影响
        5.3.2 不同岩性对压裂裂缝扩展规律的影响
    5.4 不同压裂参数对起裂压力和起裂角的敏感性研究
    5.5 本章小结
第六章 结论和展望
    6.1 结论
    6.2 不足与展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的学术论文及参与的科研项目



本文编号：3462059