本文關(guān)鍵詞：碎軟低滲煤層頂板水平井分段壓裂裂縫擴(kuò)展規(guī)律及機(jī)制研究　出處：《煤炭科學(xué)研究總院》2017年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：碎軟低滲煤層的煤層氣地面抽采,多年來(lái)一直是制約我國(guó)煤礦瓦斯災(zāi)害防治和煤層氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的技術(shù)瓶頸,也是世界性技術(shù)難題。突破碎軟低滲煤層的煤層氣地面抽采技術(shù),是當(dāng)今亟待研究的重大科學(xué)技術(shù)命題。本文依托"十二五"國(guó)家油氣科技重大專(zhuān)項(xiàng)"兩淮礦區(qū)煤層群開(kāi)采條件下煤層氣抽采示范工程"項(xiàng)目(2011ZX05064),應(yīng)用煤地質(zhì)學(xué)、石油天然氣地質(zhì)學(xué)、滲流力學(xué)、斷裂力學(xué)、油氣藏開(kāi)發(fā)、儲(chǔ)層模擬等理論和方法,通過(guò)理論研究、分析測(cè)試、物理模擬、數(shù)值模擬,開(kāi)展了碎軟低滲煤層頂板水平井分段壓裂煤層氣抽采模式的壓裂裂縫擴(kuò)展規(guī)律及機(jī)制、高效水力壓裂強(qiáng)化增產(chǎn)等理論和技術(shù)工藝研究,并通過(guò)淮北礦區(qū)蘆嶺煤礦碎軟低滲煤層頂板水平井分段壓裂煤層氣抽采示范工程驗(yàn)證,取得了以下主要研究成果和認(rèn)識(shí)。(1)建立了碎軟低滲煤層頂板水平井分段壓裂裂縫擴(kuò)展規(guī)律研究分析的、展現(xiàn)頂板--煤層--底板力學(xué)性質(zhì)、地應(yīng)力特征和水平井層位的地質(zhì)—工程模型。(2)設(shè)計(jì)并進(jìn)行了圍壓條件下多組表征碎軟低滲煤層頂板水平井定向穿層壓裂的物理模擬試驗(yàn),揭示了在合理的水平井層位和合理的泵注排量條件下,頂板水平井壓裂裂縫能夠從人工頂板巖層向下穿層擴(kuò)展并貫穿人工煤層,為頂板水平井分段壓裂強(qiáng)化改造碎軟低滲煤層的可行性提供了實(shí)驗(yàn)佐證。(3)揭示了頂板巖層水平井在向下定向射孔約束條件下的水力壓裂裂縫擴(kuò)展規(guī)律及機(jī)制,并建立了相應(yīng)的裂縫擴(kuò)展模型。在緊鄰煤層的頂板巖層進(jìn)行水力壓裂,不僅壓裂裂縫能夠從高應(yīng)力值的頂板巖層向下伏較低應(yīng)力值的碎軟低滲煤層穿層擴(kuò)展和貫穿,而且在下伏碎軟低滲煤層中形成的裂縫長(zhǎng)度,由于相對(duì)脆性的頂板巖層壓裂縫在橫向延伸同時(shí)對(duì)煤層產(chǎn)生的撕扯作用,要比直接在碎軟低滲煤層中進(jìn)行水力壓裂形成的裂縫更長(zhǎng)。在給定的地質(zhì)-儲(chǔ)層條件和壓裂工藝參數(shù)條件下前者縫長(zhǎng)是后者縫長(zhǎng)的6.7倍。顯然,在緊鄰煤層的頂板巖層進(jìn)行水力壓裂,大大增加了碎軟低滲煤層的強(qiáng)化增產(chǎn)效果。(4)在排量為8m~3/min等模擬條件下,確定出依次壓裂的最優(yōu)壓裂分段間距為100m,交替壓裂的最優(yōu)壓裂分段間距為70m。(5)研究成果得到了淮北蘆嶺煤礦碎軟低滲突出煤層頂板水平井分段壓裂煤層氣抽采示范工程的驗(yàn)證,取得了良好效果。該水平井的水平段長(zhǎng)586m,分7段壓裂,累計(jì)注入壓裂液6627 m3,石英砂541m3,加砂強(qiáng)度77 m3/段,煤層氣最高日產(chǎn)氣量10760m3、連續(xù)3個(gè)月日產(chǎn)氣量10000 m3以上、連續(xù)17月平均日產(chǎn)量高達(dá)7075 m3、已累計(jì)產(chǎn)氣量401萬(wàn)方,創(chuàng)造了我國(guó)碎軟低滲煤層的煤層氣水平井水力壓裂加砂量和產(chǎn)氣量的新紀(jì)錄。我國(guó)晚古生代煤田碎軟低滲煤層分布廣泛,高瓦斯突出礦井眾多。本論文研究成果對(duì)于該類(lèi)煤層的煤礦區(qū)煤層氣地面抽采,尤其是突出煤層的掘進(jìn)煤巷條帶瓦斯地面快速預(yù)抽和區(qū)域瓦斯消突,瓦斯災(zāi)害防治,具有借鑒和指導(dǎo)作用,應(yīng)用前景良好。
[Abstract]:Broken soft coal and low permeability coalbed gas drainage, over the years has been the technological bottleneck of gas disaster prevention and CBM industry development in China coal mine, is the world difficult problem. Drainage technology breakthrough broken soft low permeability coal seam gas surface, is a major proposition in modern science and technology to research in this paper. Relying on the "great 12th Five-Year" National Science and technology projects of oil and gas in two Huai coal mine coal mining under the condition of gas drainage demonstration project (2011ZX05064), the application of coal geology, petroleum geology, fluid mechanics, fracture mechanics, reservoir, reservoir simulation theory and method, through theoretical research, analysis test, physical simulation, numerical simulation, carried out the broken roof of horizontal wells in low permeability soft fracturing of coalbed methane fracturing production mode propagation and mechanism, hydraulic fracturing theory and technology intensive production Study on the art, and through the roof of coal seam in Luling Coal Mine of Huaibei mining area of horizontal wells in low permeability soft broken mining demonstration project to verify the pumping fracturing of coalbed gas, the main results are as follows. (1) and a broken soft and low permeability coal seam roof horizontal well fracturing crack propagation regularity analysis, show the roof - coal - the mechanical properties of floor, geological engineering model and stress characteristics of horizontal well horizon. (2) design and the confining pressure was broken characterization of physical simulation experiments of coal seam roof horizontal directional wear layer fracturing soft and low permeability, revealed in a reasonable level of well position and reasonable pump output conditions the roof cracks, horizontal well fracturing from artificial roof down wear layer and extended through artificial coal seam roof for horizontal well fracturing to strengthen the feasibility of the transformation of low permeability coal seam broken soft provides experimental evidence. (3) revealed the top Strata of horizontal wells in the downward directional perforation under the constraints of hydraulic fracture propagation law and mechanism, and establishes the corresponding model of crack propagation. The hydraulic fracturing in the roof strata adjacent to the seam, not only from the fractured roof strata of high stress values down v low stress value of broken seam expansion through the soft and low permeability, and the underlying broken crack length formed in soft seam with low permeability, the effect of roof strata tearing relatively brittle fracture in the lateral extension of the coal seam, than in the broken soft and low permeability in longer hydraulic fracturing formation in coal seam. In a given geological reservoir conditions and fracturing process parameters under the condition of the former is 6.7 times the length of slots seam length. Obviously, the hydraulic fracturing in the roof strata adjacent to the seam, greatly increasing the broken coal seam reinforcement yield soft low permeability (4). The displacement of 8m~3/min under simulated conditions, determine the optimal fracturing in fracturing segment spacing 100m, alternate optimal fracturing fracturing segment spacing is 70m. (5) of the Huaibei Luling coal mine broken soft and low permeability outburst coal seam roof horizontal well fracturing of coalbed methane production test and demonstration project, and achieved good results. 586m horizontal section of the horizontal well fracturing, divided into 7 sections, a total fracturing fluid into the 6627 m3, 541m3 of quartz sand, sand strength of 77 m3/, the highest methane gas production 10760m3, 3 consecutive months of daily production of more than 10000 m3, the 17 consecutive monthly average daily output of up to 7075 m3, has been the cumulative gas production 4 million 10 thousand square, creating a new record of China's broken CBM horizontal well hydraulic fracturing sand volume and low permeability and soft coal seam gas production in China. The late Paleozoic coal seam broken soft and low permeability are widely distributed, high gas outburst mine. This paper researches into the many The results are of reference and guidance for the surface drainage of coalbed methane in the coal seam area, especially for the tunneling of the outburst coal seam, the rapid draining of the strip and gas in the coal lane and the elimination of gas in the area, and the prevention and control of the gas disaster.

【學(xué)位授予單位】：煤炭科學(xué)研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TD712.6

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本文編號(hào)：1394683