本文關(guān)鍵詞：基于高壓電脈沖水壓致裂的煤層瓦斯致裂增透效果研究

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【摘要】：低透氣煤層瓦斯抽采是目前我國煤礦瓦斯治理及煤層氣開采的技術(shù)難題。利用人工的方法對煤巖儲氣層進行結(jié)構(gòu)改造，增加裂隙、弱化強度、改善滲透性是有效途徑。在鉆孔水壓致裂的基礎(chǔ)上，施以高壓電脈沖荷載，利用高壓脈沖放電在水壓裂隙尖端形成的水激波及振動效應(yīng)，，改變瓦斯賦存環(huán)境，促進物態(tài)轉(zhuǎn)換（吸附向游離）進程，增加煤層透氣性、提高瓦斯抽放效率。高壓脈沖放電技術(shù)雖在油氣層開采中成功應(yīng)用，但儲油氣層的的賦存條件，物理力學(xué)性質(zhì)與煤層有較大差異，將該技術(shù)引入預(yù)防煤層瓦斯突出和瓦斯抽放，有很多問題需要進一步研究解決。本文主要完成以下幾個方面的工作： 1)由超聲波掃描結(jié)果所得出的首播時間可知，鉆孔煤樣在7kV的放電電壓和3MPa的水壓下所產(chǎn)生的12MPa脈動水壓使煤樣產(chǎn)生250mm的貫穿層理面的裂紋。隨著放電電壓的增大，主裂紋繼續(xù)發(fā)育，微裂紋形成并與主裂紋重合，放電電壓為11kV時，橫向裂紋擴展至試件表面，微裂紋和主裂紋基本布滿整個煤樣。 2)理論分析地應(yīng)力對煤巖力學(xué)性能的影響以及地應(yīng)力和脈沖水激波作用下煤巖體的破壞過程，并對理想條件下煤巖鉆孔起裂位置進行了分析。由試驗過程中裂紋起裂位置可知，高壓電脈沖水激波的作用使鉆孔徑向的切向應(yīng)力最大，切向應(yīng)力的拉伸使徑向位置處裂紋最先起裂并擴展。 3)通過RFPA2D-Flow軟件，對處于實際地應(yīng)力條件下的煤樣進行數(shù)值模擬，模擬過程中水壓持續(xù)遞增，通過聲發(fā)射描述各個水壓力階段煤樣裂隙的主裂隙和微裂隙的發(fā)育過程，并和試驗中超聲掃描結(jié)果相比較。比較得知，傳統(tǒng)水力壓裂技術(shù)，煤樣在18MPa時才能產(chǎn)生主裂紋，12MPa的靜水壓力只能形成壓力增長帶，而高壓電脈沖水力壓裂技術(shù)所產(chǎn)生的12MPa脈動水壓已使煤樣內(nèi)部產(chǎn)生了貫穿層理面的裂紋。 4)通過超聲波無損檢測手段和模擬過程中所得結(jié)果，評價高壓電脈沖水力壓裂技術(shù)對煤樣的致裂效果和應(yīng)用前景，以及將高壓電脈沖水壓致裂技術(shù)應(yīng)用到實際工程中的優(yōu)勢和所要克服的問題。
【關(guān)鍵詞】：高壓電脈沖 超聲波 瓦斯抽放 水壓致裂 RFPA2D-Flow
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TD712.6
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 緒論8-14
• 1.1 研究目的和意義8-9
• 1.2 低滲透性煤層瓦斯強化抽放方法分析9-11
• 1.2.1 密集鉆孔抽放瓦斯方法9
• 1.2.2 水壓致裂瓦斯抽放方法9-10
• 1.2.3 水力沖孔瓦斯抽放方法10
• 1.2.4 開采解放層強化抽采方法10
• 1.2.5 水力割縫強化抽放方法10-11
• 1.3 國內(nèi)外高壓電脈沖技術(shù)研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3.1 國外對高壓電脈沖技術(shù)的研究與應(yīng)用概況11-12
• 1.3.2 國內(nèi)高壓電脈沖技術(shù)的發(fā)展與研究現(xiàn)狀12-13
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容13-14
• 2 高壓電脈沖技術(shù)14-23
• 2.1 液電效應(yīng)的產(chǎn)生14
• 2.2 高壓電脈沖原理及結(jié)構(gòu)14-17
• 2.2.1 工作原理14
• 2.2.2 總體結(jié)構(gòu)14-15
• 2.2.3 技術(shù)參數(shù)及電路組成15
• 2.2.4 關(guān)鍵部件15-17
• 2.3 水中高壓放電基本現(xiàn)象分析17-22
• 2.3.1 水的動力性質(zhì)17
• 2.3.2 水激波分析17-20
• 2.3.3 氣泡脈動分析20-21
• 2.3.4 能量分布21-22
• 2.4 本章小結(jié)22-23
• 3 煤層脈動水力壓裂起裂機理23-32
• 3.1 地應(yīng)力對煤巖力學(xué)性質(zhì)的影響23-26
• 3.2 地應(yīng)力與脈動壓力波作用下煤巖體破裂過程26-28
• 3.3 地應(yīng)力和脈動壓力波作用下煤巖體起裂位置28-31
• 3.4 本章小結(jié)31-32
• 4 煤層致裂增透試驗32-50
• 4.1 試驗試件的設(shè)計與制作32-33
• 4.2 超聲波檢測試件33-36
• 4.3 試驗后的超聲脈沖掃描36-43
• 4.5 試驗數(shù)據(jù)分析43-49
• 4.6 本章小結(jié)49-50
• 5 本煤層水力壓裂數(shù)值模擬50-58
• 5.1 RFPA2D-FLOW滲流版簡介50
• 5.2 本煤層水力壓裂模型建立50-52
• 5.2.1 工程地質(zhì)條件及力學(xué)性能參數(shù)50-51
• 5.2.2 實體模型的建立51
• 5.2.3 邊界條件及加載應(yīng)力51-52
• 5.3 模擬結(jié)果及分析52-57
• 5.4 本章小結(jié)57-58
• 6 結(jié)論與展望58-60
• 6.1 結(jié)論58
• 6.2 展望58-60
• 6.2.1 需要解決的問題58-59
• 6.2.2 應(yīng)用前景59-60
• 參考文獻(xiàn)60-64
• 在學(xué)研究成果64-65
• 致謝65

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1016575