【摘要】：水力壓裂技術(shù)是目前提高煤層氣采收率的重要手段,壓裂前后煤層的滲透率變化是衡量水力壓裂效果的關(guān)鍵影響因素。目前,針對水力壓裂滲流方面的研究主要存在多數(shù)學(xué)者采用型煤等澆筑試件,和具有天然裂隙、孔隙的原煤試件有較大的區(qū)別;其次實(shí)驗(yàn)試件尺寸較小(≤200mm),加載地應(yīng)力時邊界效應(yīng)影響較大;此外,壓裂和滲流實(shí)驗(yàn)過程不連續(xù),壓裂后需取出試件再做滲流導(dǎo)致和實(shí)際壓裂生產(chǎn)過程偏差較大等問題,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果和煤層氣產(chǎn)能預(yù)測不準(zhǔn)確,壓裂方案的設(shè)計缺乏可靠的理論根據(jù)。因此,本文使用φ100mm×200mm大尺寸原煤試件進(jìn)行水力壓裂滲流實(shí)驗(yàn),在壓裂實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上直接進(jìn)行滲流實(shí)驗(yàn),使壓裂滲流兩部分可以在同一個實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中進(jìn)行,盡可能的接近現(xiàn)場壓裂滲流實(shí)際情況,使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)場更吻合,從而為預(yù)測煤層氣生產(chǎn)提供理論支撐。論文主要研究成果如下:(1)揭示了原煤水力壓裂后形成的復(fù)雜網(wǎng)狀裂縫形態(tài)。對壓裂后的原煤試樣使用高能CT掃描,獲取其水壓裂縫形態(tài),結(jié)果表明:天然節(jié)理裂隙比較發(fā)育的原煤試件在水力壓裂后會形成比較復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò),裂縫形態(tài)包含為三種形態(tài):a型-垂直于最小主應(yīng)力方向的主裂縫;b型-主裂縫兩側(cè)產(chǎn)生的垂向擴(kuò)展的次生裂縫;c型-由水壓撐開的節(jié)理及天然裂隙。而相對比較均質(zhì)的型煤試件水力壓裂后形成的裂縫主要是形態(tài)比較單一a型裂縫。(2)構(gòu)建了表征裂縫復(fù)雜程度的凈壓力系數(shù)的表達(dá)式以及原煤壓裂后復(fù)雜網(wǎng)狀裂縫滲透率模型。以原煤水力壓裂后裂縫CT掃面圖為基礎(chǔ),抽象出了水力裂縫與天然裂縫相交作用的平面構(gòu)架圖,從彈性力學(xué)理論出發(fā),推導(dǎo)出了凈壓力系數(shù)和起裂壓力以及應(yīng)力狀態(tài)的關(guān)系。然后基于原煤水壓裂縫形態(tài)、“火柴棍”滲流模型和立方定律,構(gòu)建了一個充分考慮裂縫表面粗糙度和彎曲度、裂縫連通性和各向同性等因素的新的滲透率模型。(3)得出了滲透率重要影響參數(shù)比奧系數(shù)α和應(yīng)力敏感系數(shù)C_f的值與凈壓力系數(shù)R_n的線性關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:α的值隨凈壓力系數(shù)的變化保持不變,約為0.854的常數(shù);C_f的值則隨著凈壓力系數(shù)的減小呈突增關(guān)系,當(dāng)R_n大于1時,C_f的值約為0.148,而當(dāng)R_n小于1時,C_f的值突增至0.227。
【圖文】：

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 緒 論2圖1.1 煤層壓裂裂縫分布圖Fig.1.1 Distribution map of hydraulic fracture in coal seam此外，在裂縫擴(kuò)展的研究中一般均采用型煤或澆筑試件等作為模擬對象，不能完全代表原煤的特性，而在裂縫滲流的研究中，多為人為劈裂的裂縫滲流或者是獨(dú)立兩個實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行的壓裂和滲流實(shí)驗(yàn)，無法模擬壓裂后的原始裂縫情況。本文以選取自山西同煤集團(tuán)塔山礦區(qū)大塊原煤制作的原煤試樣和型煤試樣為研究對象，進(jìn)行前期的型煤原煤水力壓裂探索實(shí)驗(yàn)，對水力壓裂后的試件進(jìn)行高能 CT 掃描以獲取水壓裂縫形態(tài)，分析水力壓裂后原煤試件和型煤試件形成的水壓裂縫擴(kuò)展規(guī)律。然后以原煤試件水力裂縫與天然裂縫相交作用的平面構(gòu)架抽象圖為原型，推導(dǎo)凈壓力系數(shù)計算公式，用于描述原煤水力壓裂后的裂縫形態(tài)，并用凈壓力系數(shù)來表征裂縫的復(fù)雜程度。接著以“捆綁的火柴棍”滲流概念模型為基礎(chǔ)，，推導(dǎo)水力壓裂后的原煤試樣的瓦斯?jié)B流模型

技術(shù)路線圖
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE312;TE377

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2600638