為揭示地應力環(huán)境對周期注水應力改造提高壓裂效果的影響規(guī)律,以黑龍江雙鴨山礦區(qū)煤系頁巖為研究對象,克服煤系頁巖非均質(zhì)性,利用相似比制作型頁巖試件,開展了實驗室真三軸水力壓裂試驗。利用聲發(fā)射技術(shù)監(jiān)測裂縫起裂和擴展特征,通過RA-AF散點分布特征給出了應力改造和壓裂階段主導裂縫類型,分析得到了周期注水應力改造下水平地應力差對裂縫特征以及裂縫起裂、擴展的影響規(guī)律,提出了起裂階段與擴展階段聲發(fā)射判斷指標。試驗結(jié)果表明:應力改造階段裂縫起裂與擴展以微裂縫為主,剪切型微裂縫占比波動上升,第2個周期裂縫主頻范圍最大,裂縫發(fā)育最為活躍;壓裂階段裂縫起裂與擴展以宏觀裂縫為主,張拉型裂縫占比呈增加趨勢,當水平地應力差與注水壓力接近2.0MPa時,張拉型裂縫占比最大,分布范圍最廣,壓裂效果最顯著。另外,本文提出了裂縫起裂與擴展階段聲發(fā)射判斷指標為平均聲發(fā)射能率k。k降幅在37.74%以上時,裂縫由起裂階段進入擴展階段。周期注水應力改造可以減小水平地應力差對裂縫擴展的約束能力,促進微裂縫大量發(fā)育、溝通天然裂縫形成縫網(wǎng),從而提高頁巖氣開采率。 

【文章來源】：應用力學學報. 2020年03期 北大核心

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

水平地應力差為2MPa時注水壓力與聲發(fā)射能量變化曲線Fig.6Changecurveofwaterinjectionpressureandacousticemissionenergywhenhorizontalstressdifferenceis2MPa

能性。本文以實際工程為背景，以煤系頁巖為研究對象，利用課題組自主研制的真三軸試驗系統(tǒng)進行試驗，采用聲發(fā)射進行實時檢測，探究水平地應力差對周期注水應力改造下煤系頁巖水力壓裂規(guī)律。2試驗方法2.1試件制備黑龍江雙鴨山礦區(qū)煤系頁巖含量大，具有煤系頁巖典型性，以此為研究對象研究水平地應力差對周期注水應力改造下煤系頁巖水力壓裂規(guī)律，采集完成后用保鮮膜包裹并運至實驗室。通過對原巖的加工發(fā)現(xiàn)，原巖不易切割、加工，不利于展開單因素研究，所以本文利用相似材料展開試驗。煤系頁巖巖樣見圖1。圖1煤系頁巖巖樣Fig.1Coalshalerocksample原巖試件通過單軸壓縮試驗測得原巖彈性模量為0.76GPa，泊松比為0.213。由于抗拉強度是影響水力壓裂裂縫起裂擴展的主要因素，以此為依據(jù)分別對原巖和相似材料進行巴西劈裂試驗(如圖2所示)，結(jié)果如表1所示，選最優(yōu)配比方案。圖2原巖與相似模型巴西劈裂試件Fig.2OriginalrockandsimilarmodelBrazilsplittingspecimens表1原巖與相似材料抗拉強度對比(單位：MPa)Tab.1Comparisonoftensilestrengthbetweenoriginalrockandsimilarmaterials(unit：MPa)組數(shù)(groupnumber)平均值123(averagevalue)原巖(originalrock)4.5793.9114.6224.371相似材料1(similarmaterials1)0.6820.6260.6290.646相似材料2(similarmaterials2)0.6160.5030.5250.551相似材料3(similarmaterials3)0.5100.4830.4340.476根據(jù)力學模型的相似理論，確定相似比為10，由表1可知相似材料3更符合原巖特性，因而確定相似材料質(zhì)量比為水泥∶石英砂∶水=1∶6∶0.6，添加石膏以模擬原巖脆性，石膏5%，選擇粒徑小

逞液?看螅?哂忻合?頁巖典型性，以此為研究對象研究水平地應力差對周期注水應力改造下煤系頁巖水力壓裂規(guī)律，采集完成后用保鮮膜包裹并運至實驗室。通過對原巖的加工發(fā)現(xiàn)，原巖不易切割、加工，不利于展開單因素研究，所以本文利用相似材料展開試驗。煤系頁巖巖樣見圖1。圖1煤系頁巖巖樣Fig.1Coalshalerocksample原巖試件通過單軸壓縮試驗測得原巖彈性模量為0.76GPa，泊松比為0.213。由于抗拉強度是影響水力壓裂裂縫起裂擴展的主要因素，以此為依據(jù)分別對原巖和相似材料進行巴西劈裂試驗(如圖2所示)，結(jié)果如表1所示，選最優(yōu)配比方案。圖2原巖與相似模型巴西劈裂試件Fig.2OriginalrockandsimilarmodelBrazilsplittingspecimens表1原巖與相似材料抗拉強度對比(單位：MPa)Tab.1Comparisonoftensilestrengthbetweenoriginalrockandsimilarmaterials(unit：MPa)組數(shù)(groupnumber)平均值123(averagevalue)原巖(originalrock)4.5793.9114.6224.371相似材料1(similarmaterials1)0.6820.6260.6290.646相似材料2(similarmaterials2)0.6160.5030.5250.551相似材料3(similarmaterials3)0.5100.4830.4340.476根據(jù)力學模型的相似理論，確定相似比為10，由表1可知相似材料3更符合原巖特性，因而確定相似材料質(zhì)量比為水泥∶石英砂∶水=1∶6∶0.6，添加石膏以模擬原巖脆性，石膏5%，選擇粒徑小于1mm的石英砂為骨料，水泥為膠結(jié)劑。將以上材料均勻混合放置在內(nèi)壁涂滿油的200mm×200mm×200mm的ABS模具內(nèi)，充分搗鼓以消除氣泡，填滿ABS模具并將表面抹平，放置于室內(nèi)，靜置24h脫模，在室內(nèi)溫度及適度條件下養(yǎng)護28天，

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：2925794