煤矿井下水力压裂裂缝扩展分析

水力压裂作为一种改造储层渗透性工艺,通过向储层注入高压液体,在储层中形成一定规模的裂缝,通过沟通储层内部裂隙,提高储层渗透性。然而水力压裂中裂缝的劈开和延伸方向受到多方面的影响,储层所受到应力大小和方向、储层的地质构造、力学性质及其中的原始裂隙发育情况等都不同程度地影响裂缝的开启与扩展。通过对前人工作进行总结、分析,找到影响裂缝扩展的主要因素,为压裂钻孔的布置提供指导。     

水力压裂参数对顶板裂缝扩展影响的数值模拟研究

为了解决煤矿坚硬顶板难垮难落的问题,采用理论分析的方法对岩石在水力压裂情况下的断裂形式进行研究,利用ABAQUS数值模拟软件对不同预制裂缝角下的裂缝偏转角及裂缝宽度进行研究,发现随着预制裂缝角的增大,裂缝偏转角及宽度都呈现增大的趋势。为矿山采用水力压裂治理坚硬顶板提供借鉴。     

煤矿井下水力压裂裂缝监测技术研究

针对煤矿井下水力压裂裂缝扩展规律及增透范围不明确的问题,提出了在压裂过程中实施微地震监测技术。分析了煤矿井下水力压裂微震监测震源定位原理,建立煤岩体破裂的走时方程。进行了水力压裂过程中煤岩体破裂激发能量正演计算,证明选用的YTZ3微震监测系统满足要求,并确定了微震监测流程。随着注入水压力的增加,微震数量明显增加,最大振动能量明显增加,微震信号的初至时距关系及能量关系基本一致。     

大尺寸复杂应力水力压裂裂缝扩展模拟试验研究

为了研究复杂应力条件下的水力压裂裂缝扩展规律,本文借助自主研发的多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统进行了大尺寸的水力压裂物理模拟,通过泵注石膏液充填水力压裂裂缝,以观测裂缝的开裂形态及扩展方位,并得到了不同压裂点的力、位移、水压与时间的关系曲线。研究表明,煤岩体中的水压力随着压裂液的持续泵注呈上升趋势,在压裂管周围的变化趋势与水压非常相似;试样在力的作用下有一定的位移,呈正相关。通过凝固的石膏可以看到水力压裂裂缝的完整形态,从而推断出裂缝的起裂、延伸路径,以期为煤层气水力压裂技术的研究提供数据参考和理论依据。     

煤岩水力压裂裂缝扩展物理模拟实验

探讨煤岩水压裂缝扩展规律是提高煤层气开采效率,降低开采安全风险及成本的重要课题。采用原煤试样,参照煤层气井水力压裂工程制定了“三轴向施加围压-顶部钻孔-下射流管注水”的煤岩水力压裂裂缝扩展物理模拟实验方案,根据实验方案结合现有实验条件开展了煤岩水力压裂物理模拟实验及煤岩裂缝检测实验。实验结果表明：煤岩沿层理面方向裂缝的发育程度要高于垂直层理面方向的裂缝;煤岩水压裂缝扩展形式以注水孔壁原生横向裂缝扩展为主,纵向裂缝扩展为辅,且裂缝呈直线形、跳跃性扩展。同时,根据实验结果分析提出：实际煤储层水力压裂工程中,射流孔应尽量布置在井壁含有较多横向原生裂缝的位置,提高煤层气井水力压裂质量;对于井壁同时含有较多横向裂缝和纵向裂缝的储层,采用“控压”压裂方式提高造缝质量;对于厚储层,采用“分段-分压”压裂方式构造横纵交织的裂缝网,提高煤层气的开采效率;尽量避免在含较多纵向原生裂缝及较大断层的井壁位置布置射流孔,以免引起煤储层顶板、底板失稳破坏,造成安全事故。     

天然裂缝对页岩储层水力裂缝扩展影响数值模拟研究

页岩储层中存在大量的天然裂缝,对水力压裂过程中裂缝扩展影响作用显著。为探究天然裂缝对水力裂缝扩展规律的影响,考虑岩石储层变形与裂缝内的流体流动之间的耦合作用以及天然裂缝与水力裂缝的相互作用建立了页岩储层二维流固耦合水力压裂裂缝相交扩展模型,通过与经典KGD模型和室内试验结果的对比,验证了模型的正确性。在此基础上研究了水平应力差、天然裂缝相交角和长度对水力裂缝与天然裂缝相交扩展的影响。研究结果表明:随着水平应力差的线性增加,裂缝起裂注水压力呈线性增大趋势,最大水平主应力对水力裂缝与天然裂缝相交后的裂缝扩展路径有诱导作用;水力裂缝与天然裂缝相交时,注水点水压出现骤降现象,裂缝相交点处易出现应力集中区,裂缝相交处宽度出现间断现象;天然裂缝相交角越大,间断现象越明显,压裂裂缝长度越短,压裂裂缝面积越小;天然裂缝长度对压裂裂缝长度影响较小,但对压裂裂缝的宽度和面积影响明显。研究结论对优化页岩气水力压裂设计有一定的指导作用。     

慈林山煤矿坚硬顶板水力压裂数值模拟研究#br#

为了解决坚硬顶板对煤矿开采的影响,以慈林山矿为研究背景,利用comsol数值模拟软件对水力压裂参数不同应力差、不同预制裂缝角及不同浓度压裂液对岩石破裂的影响进行分析研究。结果表明,随着应力差的增大,岩石的起裂压力呈现出减小的趋势,且随着预制裂缝角的增大,岩石的起裂压力呈现出增大的趋势,同时,适当地改变压裂液粘度对岩石的压力效果也会产生一定的影响。研究结果为慈林山煤矿的坚硬顶板治理提供了理论依据,有效地保证巷道的稳定性及生产安全。     

岩巷机掘工作面水力压裂参数优化模拟分析

为研究不同水力压裂孔布置形式对机掘工作面岩体水力压裂效果的影响,以余吾煤矿N1100-1高抽巷为背景,设计了菱形四孔式、矩形四孔式、三孔式以及两孔式4种水力压裂孔布置形式,采用FLAC^3D对这4种方案下机掘工作面岩体水力压裂前后的应力、位移以及损伤情况展开了数值模拟研究分析。结果表明：水力压裂后,机掘工作面水力压裂孔包围圈所在区域内的岩体位移最大,约为25 mm,而往周边则逐渐减小为0;水力压裂后,机掘工作面水力压裂孔附近0.1 m范围内损伤最大,而在压裂孔包围圈内损伤值都约为45%,由压裂孔包围圈往外侧,掘进面岩体损伤量则逐渐减小为0;机掘工作面上水力压裂孔呈菱形四孔布置时,水力压裂效果最好,但从钻孔数量以及最终的压裂效果考虑,压裂孔呈三角布置性价比最高。     

水力压裂裂缝效果影响因素研究

为使现场煤层气开采效率达到较高水平,利用设计的软件,将水力压裂拟三维数学模型转化为计算机语言。基于完井过程的实时监测数据研究水力压裂过程中滤失参数、杨氏模量、地面排量等重要因素对裂缝长度、高度的影响,通过调节相关参数分析对裂缝缝长和缝高的控制影响,实验结果可有效预知压裂效果,在选取压裂技术方面有着重要的指导意义,可以为煤层气有效开采及开采技术优化提供参考。     

潘二矿水力压裂增透范围的数值模型研究

以淮南矿业集团潘二煤矿3号煤层的现场实测数据为基础,利用RFPA2D软件从煤层的不同埋深和不同坚固性系数两方面对水力压裂中的压裂煤的水压和增透范围进行了数值分析研究,根据数值模型计算的结果,分析煤层埋深、煤的坚固性系数与起裂压力之间的关系,确定了不同埋深和不同坚固性系数条件下的卸压增透范围,得到了潘二矿水力压裂起裂压力及所需合理水压的范围。     

含瓦斯煤体水力压裂动态变化特征研究

为了研究煤体水力压裂的破裂机理及动态变化特征,本文以平煤集团十二矿为例建立了相关数学模型,通过数值试验和现场实验,获得了水力压裂过程中裂隙起裂及扩展过程的动态变化特征,即:应力积累→微裂纹稳定扩展→局部破坏带形成→局部破坏带扩展与贯通→裂隙失稳扩展;结合现场实测数据及含瓦斯煤体水力压裂动态变化影响因素分析,建立了煤体埋深、瓦斯压力和水力破裂压力三者耦合模型,研究结果对现场实践具有重要指导意义.     

煤矿井下水力压裂技术研究进展及展望

从压裂方法、压裂工艺以及压裂装备3个方面,综述了国内当前开展煤矿井下水力压裂技术研究的进展状况。分析认为在水力压裂适用条件、裂隙扩展控制技术、安全防护措施及设备、压裂监测技术等方面需要做进一步研究。     

煤层钻孔水压致裂的裂缝扩展规律研究

煤层钻孔水压致裂是提高地面煤层气抽采效果的有效方法之一,借助于数值模拟方法对煤层钻孔水压致裂的裂缝扩展规律进行了分析.研究表明:当两个方向水平地应力值相等时,煤层钻孔围岩裂缝起裂角和扩展方向呈随机性,而当两个方向水平地应力值不相等时,则裂缝起裂角和扩展垂直于数值较大的水平地应力方向;钻孔围岩主裂缝的扩展长度随水平应力系数和注水压力的增大而增大;地面煤层气井的合理布置方式宜为菱形,且菱形对角线应平行于最大和最小水平地应力方向.     

煤矿地面水力压裂增透技术研究及应用

为了提高煤层的透气性、强化井下瓦斯抽采,采用地面大排量压裂、井下抽采的井上下联合工艺。通过分析地层应力的分布特点和水压破裂规律,给出水压裂缝的两种典型形态,计算裂纹在平面应力状态下的位移场,得到了基于水力压裂变缝高椭圆压裂形态的压裂半径理论计算公式,为地面压裂设计提供依据。提出了煤矿地面压裂井下抽采的压裂工艺系统,给出了压裂位置的布置原则。在寺河矿进行地面压裂试验,压裂增透后瓦斯抽采量较原始孔提高了3.65倍,压裂孔抽采瓦斯累计量为218.66万m³,压裂半径120 m,达到了较好的压裂增透效果。     

凤凰山煤矿坚硬顶板定向水力压裂技术应用研究

针对超前深孔预裂爆破弱化方式处理煤矿坚硬难垮顶板存在的问题,采用定向水力压裂技术在凤凰山煤矿XV4306和XV5302两个工作面进行井下试验。根据现场围岩地质力学特征,确定工作面两次压裂方案;通过现场施工,优化施工工艺;工作面回采后通过监测支架受力,得出预压裂工作面顶板初次来压步距在26~27m之间,水力压裂控制顶板效果良好,为该技术的推广应用提供了依据。     

坚硬顶板定向水力压裂技术在王台铺煤矿的应用

王台铺煤矿XV#煤顶板属于坚硬难垮顶板,由于条件限制和存在问题不宜采用传统的超前深孔预裂爆破弱化方式处理顶板问题,采用定向水力压裂技术在井下工作面进行现场试验,通过现场围岩地质力学特征测试确定定向水力压裂方案。工作面回采后通过监测支架受力,得出预压裂工作面顶板初次来压步距在26~27 m之间,水力压裂控制顶板效果良好,并且克服了深孔预裂爆破中存在的不足,为该技术的推广应用提供了依据。     

水力压裂裂纹延伸规律模拟

基于莫尔-库伦屈服准则,以常村矿3#单一煤层为例,采用FLAC3D数值模拟软件,模拟了3#煤层在不同水力压力条件下煤体破损与压裂裂纹延伸规律。模拟结果表明:水力压裂过程中,煤体破坏类型以剪切破坏为主,压裂孔端头区域最先处于破碎损坏状态。在水力压裂压力增加过程中,压裂孔中部区域煤体中裂纹沿最大主应力方向延伸速度最快,而沿最小主应力方向裂纹延伸速度最慢;压裂孔端头区域裂纹沿竖直方向和走向方向的延伸长度基本保持一致,此区域裂纹延伸的方向受地应力影响程度明显减弱;最大主应力方向裂纹延伸长度与水力压裂压力大小基本成正比例线性关系。     

水力压裂技术在鹤壁八矿的应用

 摘要：通过对水力压裂消突机理的研究,并通过RFPA2D-Integrated软件进行数值模拟,得出适合鹤壁八矿水力压裂的起裂压力和压裂增透范围。在现场工业试验方面,对水力压裂孔与普通抽放孔的瓦斯抽放浓度与纯流量随时间变化的对比,分别提高了近20倍和27倍,大大提高了瓦斯抽放的速度和效率,因而水力压裂技术在低透气性突出煤层治理中能起到明显的增透、消突作用。     

水力压裂技术在王行庄煤矿的应用

针对王行庄矿二1煤层透气性、瓦斯预抽率低等问题,提出了水力压裂增透技术,分析了水力压裂增加煤层透气性机理,确定了水力压裂工艺及参数,并在二1煤层11091运输巷进行了水力压裂技术试验。结果表明:实施水力压裂后,煤层瓦斯平均抽采浓度提高了5.3倍,瓦斯抽采量提高了6.1倍,提高煤层透气性和瓦斯抽采率的效果较理想。