虛擬儲層水力壓裂物理模擬試驗及煤層增透效果評價.pdf

1、煤炭工業(yè)健康、穩(wěn)定、持續(xù)地發(fā)展是關(guān)系到國家能源安全的重大問題。隨煤礦地下開采深度的不斷增加，煤層瓦斯含量、瓦斯壓力逐步增大，煤礦瓦斯災(zāi)害也日益嚴重?，F(xiàn)階段，我國煤層氣抽采的首要目標是保證煤礦安全生產(chǎn)，同時兼顧煤層氣開發(fā)與利用。然而，對低透氣性煤層而言，煤體透氣性極差，采用常規(guī)的鉆孔布置方式預(yù)抽煤層氣時，往往達不到所要求的抽采效果。虛擬儲層水力壓裂是將高壓水作為動力，在虛擬儲層即煤層頂?shù)装逯行纬煽湛p、裂隙或使已有裂縫擴展乃至煤體發(fā)生移動，

2、從而使煤體應(yīng)力得以釋放，煤體內(nèi)的煤層氣快速解吸并流動至鉆孔空間。其作用有二：使煤體大面積卸壓，消除動力現(xiàn)象；使煤體滲透性增加，提高煤層氣抽采率，最終實現(xiàn)防治礦井瓦斯災(zāi)害的目的。
　　本文在重慶大學(xué)自主研發(fā)的多場耦合煤層瓦斯抽采物理模擬試驗系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了水力壓裂系統(tǒng)形成水力壓裂物理模擬試驗系統(tǒng)，并在該系統(tǒng)上開展了虛擬儲層水力壓裂鉆孔距煤層法向距離分別為0mm、40mm、160mm條件下的虛擬儲層水力壓裂物理模擬試驗，探討了不同虛

3、擬儲層厚度條件下水力壓裂致裂面空間分布形態(tài)特征以及虛擬儲層水力壓裂增透效果評價，主要研究成果如下：
　?、僭谡麄€水力壓裂過程中，煤巖體內(nèi)部測點隨著壓力水的注入，各測點水壓力值隨著注水壓力的上升而上升，直至注水壓力達到起裂壓力，裂縫產(chǎn)生，煤巖體內(nèi)部測點水壓力值隨注水壓力發(fā)生陡降。
　　②通過9個應(yīng)力壓頭及位移傳感器監(jiān)測壓裂過程中煤巖體不同位置應(yīng)力應(yīng)變時空演化，模擬研究水力壓裂過程中煤巖體變形規(guī)律，探討地應(yīng)力以及注水壓力對煤層變

4、形的影響，有效探討分析了水力壓裂過程中煤巖體變形的時空演化規(guī)律。
　　③在相同地應(yīng)力條件下，改變壓裂鉆孔距煤層法向距離，三種不同條件下水力壓裂試驗所達到的起裂壓力值有所不同，壓裂鉆孔距離煤層法向距離為40mm，其起裂壓力達到了2.81MPa，總體來看起裂壓力值40mm﹥160mm﹥0mm，頂板厚度越厚，起裂壓力越大，裂縫產(chǎn)生注水壓力下降幅度值也不同。
　　④改變壓裂鉆孔距煤層法向距離進行虛擬儲層水力壓裂試驗，壓裂鉆孔均位于主

5、致裂面表面，由此表明裂縫均由壓裂鉆孔附近產(chǎn)生，并沿著裂縫優(yōu)勢面延伸擴展，并且三組試驗中或多或少均有不同面積大小的次生裂隙面，當壓裂鉆孔距煤層法向距離為0mm、40mm時，主致裂面基本沿著垂直于最小水平主應(yīng)力σ3方向向煤層延伸，主致裂面平滑完整；當壓裂鉆孔距煤層法向距離為160mm時，致裂面規(guī)模最大，次生裂隙面復(fù)雜，主致裂面并未以垂直最小水平應(yīng)力向煤層延伸，以較大傾斜角度貫穿頂板。
　?、菀詨毫雁@孔距煤層法向距離為40mm為例，通過