發(fā)布時(shí)間：2020-03-23 15:50

【摘要】：煤礦堅(jiān)硬頂板的壓裂對防止沖擊礦壓以及保證礦井的安全開采具有重大的意義。煤礦開采的特殊性,要求頂板能夠按照指定的位置和一定的方向斷裂,因此提出垂直巖層層面預(yù)制裂縫的定向壓裂技術(shù)。由于垂直巖層層面預(yù)制裂縫的定向壓裂技術(shù)采用裸孔壓裂,壓裂液與鉆孔壁面和預(yù)制裂縫面直接接觸,濾失現(xiàn)象比較明顯。在壓裂過程中,當(dāng)濾失達(dá)到一定程度時(shí),影響定向壓裂效果,會(huì)出現(xiàn)無法起裂的現(xiàn)象,甚至導(dǎo)致壓裂失敗。針對這一現(xiàn)象,本文以紫砂巖為例,采用理論分析和真三軸物理模擬試驗(yàn)相結(jié)合的方法,研究不同的濾失面和不同黏度的壓裂液對定向壓裂的起裂壓力和裂縫擴(kuò)展延伸的影響規(guī)律。主要研究內(nèi)容和研究結(jié)果如下:(1)根據(jù)線性彈性力學(xué)、斷裂力學(xué)和流體力學(xué)理論,在預(yù)制裂縫尖端構(gòu)建水力壓裂的數(shù)學(xué)模型,同時(shí)考慮濾失對壓裂的影響,探討了濾失和黏度對水力壓裂的起裂以及擴(kuò)展規(guī)律的影響。(2)采用預(yù)制裂縫面和鉆孔孔壁面涂防水劑的方法控制濾失,進(jìn)行真三軸定向水力壓裂物理試驗(yàn),研究了不同濾失面對裂縫起裂與擴(kuò)展延伸的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明:濾失量越大,起裂時(shí)間越大,起裂壓力越小。對比未涂防水劑試驗(yàn)結(jié)果與預(yù)制裂縫面、孔壁面和全涂防水劑試驗(yàn)結(jié)果可知,起裂壓力由11.95MPa增大到12.21MPa、12.64MPa和15.76MPa,裂縫起裂所需的時(shí)間由318.1s減少到198.2s、165.8s和152.0s。濾失量越小,裂縫達(dá)到相同的偏轉(zhuǎn)角時(shí),裂縫的延伸長度越大。隨著濾失量的增大,試件聲發(fā)射能量率峰值逐漸減小,砂巖從注液到破壞的累積能量增大。(3)采用真三軸定向水力壓裂物理試驗(yàn),研究了不同黏度壓裂液定向壓裂裂縫起裂與擴(kuò)展延伸的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明:隨著黏度的增加,起裂壓力增大。當(dāng)黏度由1MPa·s增加到10MPa·s和40MPa·s時(shí),起裂壓力由15.76MPa增加到16.56MPa和17.10MPa。隨著壓裂液黏度的增大,在相同偏轉(zhuǎn)角下,裂縫的延伸長度逐漸增大。裂縫寬度隨著壓裂液黏度的增大呈現(xiàn)y=0.0024x+0.1355線性遞增規(guī)律。(4)基于(2)和(3)研究結(jié)果,針對濾失和黏度的共同作用對定向壓裂的影響補(bǔ)充定向水力壓裂物理試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明:隨著壓裂液黏度增大,起裂時(shí)間變短,壓裂液的濾失量減小,起裂壓力逐漸增大。通過Morris法對黏度和濾失進(jìn)行靈敏度分析得出:濾失對起裂壓力和破裂時(shí)長的影響更大。
【圖文】：

圖 3-2 真三軸試驗(yàn)臺(tái)Fig.3-2 True triaxial test bench接作用在試件表面，制備了三軸試驗(yàn)臺(tái)中。由于本試驗(yàn)對砂巖通孔軸向定向壓裂，其密封，頂板以及底板的接觸面上開了三板的主要作用是使圍壓均勻的加載在試件表，圓孔用于安裝聲發(fā)射探頭。承壓蓋主要開有方孔便于頂板上的快速接頭與注液的

（c）承壓蓋 （d）底板圖 3-3 真三軸試驗(yàn)臺(tái)輔助裝置Fig.3-3 Real three-axis test bench auxiliary device聲發(fā)射系統(tǒng)料接收到外界的作用時(shí)，會(huì)引起材料局部的應(yīng)變進(jìn)而釋放應(yīng)變能并且生彈性波，能量像四周擴(kuò)散的現(xiàn)象，，該現(xiàn)象稱為聲發(fā)射（AE）。但是外界條件的不同情況下釋放的不同程度的應(yīng)變能，進(jìn)而所產(chǎn)生的聲發(fā)當(dāng)材料釋放足夠大的應(yīng)變能時(shí)，人耳就能聽到[81]。然而大部分材料在生的 AE 信號(hào)一般都是微弱的，而且有些信號(hào)頻率大小不一，有的材以小到次聲頻，有的所產(chǎn)生的信號(hào)大到超聲頻，這時(shí)人耳無法感受到傳感器和設(shè)備來檢測這些信號(hào)，這就是聲發(fā)射的監(jiān)測技術(shù)，基本的原3
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TD327.2

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本文編號(hào)：2596943