井下水力壓裂煤層應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移的負效應以及“瓦斯場、滲流場、應力場”重新分布規(guī)律問題,采用理論分析、數值模擬、實驗室實驗和現場工業(yè)性試驗相結合的方法,分析了不同煤體結構適應性的井下水力壓裂技術,研究了煤-水-氣三相介質條件下瓦斯解吸規(guī)律,揭示了水力壓裂影響區(qū)域地應力分布特征,探討了水力壓裂煤層瓦斯運移產出的雙重效應,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-氣三相介質條件下瓦斯解吸規(guī)律的實驗/試驗研究表明,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個指標值隨煤體含水率的增大而減小。說明水分對瓦斯解吸運移不但有抑制作用,同時還揭示出含水狀態(tài)下所測試的校檢指標,掩蓋了煤與瓦斯突出危險性。
　　(2)井下單孔水力壓裂數值模擬表明,壓裂孔兩側本來的應力升高區(qū)域地應力大大降低,很大范圍內地應力都降低到低狀體,鉆孔兩側及Z方向煤體發(fā)生位移;現場水力壓裂影

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

4、助壓裂、預先水力割縫導向壓裂、開楔形環(huán)槽定向壓裂”5種用于實現煤層整體、均勻壓裂的優(yōu)化工藝。
　　(4)利用流態(tài)判識標準雷諾數Re和啟動壓力梯度λ,對水力壓裂增透加速瓦斯產出的正效應,以及煤體水分增大抑制瓦斯運移負效應的研究表明,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是改變了瓦斯在煤