井下水力壓裂煤層應(yīng)力場與瓦斯流場模擬研究.pdf

1、論文針對井下煤層水力壓裂過程中濾失率引起的煤體水分增加對瓦斯運(yùn)移的負(fù)效應(yīng)以及“瓦斯場、滲流場、應(yīng)力場”重新分布規(guī)律問題,采用理論分析、數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場工業(yè)性試驗(yàn)相結(jié)合的方法,分析了不同煤體結(jié)構(gòu)適應(yīng)性的井下水力壓裂技術(shù),研究了煤-水-氣三相介質(zhì)條件下瓦斯解吸規(guī)律,揭示了水力壓裂影響區(qū)域地應(yīng)力分布特征,探討了水力壓裂煤層瓦斯運(yùn)移產(chǎn)出的雙重效應(yīng),指出了利用瞬變電磁法和示蹤劑法對井下煤層水力壓裂流場分布特征研究和評價的可行性。

2、　　(1)煤-水-氣三相介質(zhì)條件下瓦斯解吸規(guī)律的實(shí)驗(yàn)/試驗(yàn)研究表明,煤樣含水率越高,累計解吸量越少、瓦斯解吸速率越低;ΔP、q、K13個指標(biāo)值隨煤體含水率的增大而減小。說明水分對瓦斯解吸運(yùn)移不但有抑制作用,同時還揭示出含水狀態(tài)下所測試的校檢指標(biāo),掩蓋了煤與瓦斯突出危險性。
　　(2)井下單孔水力壓裂數(shù)值模擬表明,壓裂孔兩側(cè)本來的應(yīng)力升高區(qū)域地應(yīng)力大大降低,很大范圍內(nèi)地應(yīng)力都降低到低狀體,鉆孔兩側(cè)及Z方向煤體發(fā)生位移;現(xiàn)場水力壓裂影

3、響區(qū)鉆屑量的變化特征,反映了壓裂后集中應(yīng)力帶向煤體深部轉(zhuǎn)移,采掘工作面卸壓帶長度增大,鉆屑量變化響應(yīng)的工作面應(yīng)力分布狀態(tài),與壓裂影響區(qū)應(yīng)力場特征數(shù)值模擬結(jié)果一致;通過數(shù)值模擬同時也發(fā)現(xiàn)了水力壓裂的不足之處,在裂縫尖端也產(chǎn)生了新的應(yīng)力集中。
　　(3)針對煤層賦存地質(zhì)條件的復(fù)雜性和非均質(zhì)性,以及水力壓裂研究過程中出現(xiàn)的壓裂液流場短路、裂隙擴(kuò)展分布不均、單孔尖端應(yīng)力集中等現(xiàn)象,提出了“雙孔(多孔)均勻壓裂、定向鉆進(jìn)控制壓裂、水力噴射輔

4、助壓裂、預(yù)先水力割縫導(dǎo)向壓裂、開楔形環(huán)槽定向壓裂”5種用于實(shí)現(xiàn)煤層整體、均勻壓裂的優(yōu)化工藝。
　　(4)利用流態(tài)判識標(biāo)準(zhǔn)雷諾數(shù)Re和啟動壓力梯度λ,對水力壓裂增透加速瓦斯產(chǎn)出的正效應(yīng),以及煤體水分增大抑制瓦斯運(yùn)移負(fù)效應(yīng)的研究表明,含水率并不是影響啟動壓力梯度的主要因素,當(dāng)煤層滲透率增大到一定程度,啟動壓力梯度就將消失,揭示了對于透氣性較好的高滲煤層,水分的增加對瓦斯抽采的影響是有限的,水力壓裂增透加速瓦斯抽采的本質(zhì)是改變了瓦斯在煤