煤層控制水力壓裂裂縫導(dǎo)向擴(kuò)展理論與技術(shù)

目錄
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 煤層氣資源概況及開發(fā)現(xiàn)狀 3
1.2.1 國外煤層氣的資源分布和開發(fā)現(xiàn)狀 3
1.2.2 我國煤層氣資源情況及儲層特點(diǎn) 5
1.3 國內(nèi)外煤層水力壓裂理論與技術(shù)研究現(xiàn)狀 7
1.3.1 水力壓裂技術(shù)的發(fā)展 7
1.3.2 煤層地面水力壓裂技術(shù) 8
1.3.3 煤礦井下水力壓裂技術(shù) 9
1.4 煤層水壓裂縫擴(kuò)展理論與導(dǎo)向方法 10
1.4.1 水壓裂縫起裂及擴(kuò)展研究現(xiàn)狀 11
1.4.2 導(dǎo)向壓裂方法研究現(xiàn)狀 13
參考文獻(xiàn) 16
第2章 水壓作用下煤巖微觀損傷及破壞模型 20
2.1 煤體注氣與注液的裂隙孔隙研究 20
2.1.1 煤體注氣與注液的裂隙孔隙研究現(xiàn)狀 20
2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備研究現(xiàn)狀 21
2.2 基于核磁共振的煤體裂隙孔隙動態(tài)演化監(jiān)測實(shí)驗(yàn) 23
2.2.1 原煤樣品物理參數(shù)測定 23
2.2.2 煤體裂隙孔隙動態(tài)監(jiān)測實(shí)驗(yàn) 30
2.2.3 恒定圍壓與恒定注壓條件下裂隙孔隙動態(tài)演化 36
2.2.4 注壓對裂隙孔隙動態(tài)演化的影響 37
2.2.5 圍壓對裂隙孔隙動態(tài)演化的影響 39
2.2.6 煤體注水過程中裂隙孔隙動態(tài)演化規(guī)律 40
2.3 煤體注水過程中裂隙孔隙動態(tài)演化機(jī)理分析 42
2.3.1 裂隙孔隙應(yīng)力理論 42
2.3.2 煤體注水過程中裂隙孔隙動態(tài)演化機(jī)理 44
2.3.3 煤體裂隙孔隙動態(tài)演化模型 46
2.3.4 裂隙孔隙動態(tài)演化規(guī)律在水力壓裂中的應(yīng)用 47
2.4 含水-瓦斯煤巖力學(xué)性質(zhì)及破壞準(zhǔn)則 48
2.4.1 水-瓦斯-煤三相耦合理論 48
2.4.2 煤體基質(zhì)吸力與含水率的關(guān)系 51
2.4.3 含水-瓦斯煤巖三軸壓縮強(qiáng)度實(shí)驗(yàn) 53
參考文獻(xiàn) 56
第3章 煤層水力壓裂起裂及瓦斯運(yùn)移模型 59
3.1 煤層賦存特點(diǎn)及應(yīng)力狀態(tài)分析 59
3.1.1 煤層賦存特點(diǎn) 59
3.1.2 煤層地應(yīng)力狀態(tài) 60
3.1.3 水力壓裂鉆孔孔壁應(yīng)力狀態(tài)分析 60
3.2 煤層水力壓裂起裂模型 63
3.2.1 煤層水力壓裂起裂計(jì)算模型 63
3.2.2 煤層水力壓裂起裂規(guī)律研究 64
3.3 煤層水力壓裂裂縫起裂擴(kuò)展相似模擬實(shí)驗(yàn) 71
3.3.1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 71
3.3.2 試驗(yàn)系統(tǒng) 74
3.3.3 煤層水力壓裂裂縫起裂擴(kuò)展規(guī)律 75
3.4 煤層水力壓裂頂板損傷機(jī)理研究 81
3.4.1 煤層水力壓裂頂板變形力學(xué)模型 81
3.4.2 煤層水力壓裂頂板變形數(shù)值分析 87
3.5 煤層水力壓裂瓦斯運(yùn)移富集規(guī)律 92
3.5.1 水-氣驅(qū)替基本原理 92
3.5.2 水力壓裂過程中流體滲流的基本方程 95
3.5.3 煤層水力壓裂瓦斯運(yùn)移模型 97
3.5.4 煤層水力壓裂瓦斯運(yùn)移規(guī)律 101
參考文獻(xiàn) 103
第4章 割縫導(dǎo)向水壓裂縫擴(kuò)展理論及技術(shù) 105
4.1 技術(shù)背景 105
4.2 割縫導(dǎo)向壓裂裂縫導(dǎo)向距離預(yù)測模型 106
4.3 割縫導(dǎo)向壓裂相似實(shí)驗(yàn) 111
4.3.1 試樣的確定及基本參數(shù)測試 111
4.3.2 不同條件下割縫深度變化規(guī)律測試實(shí)驗(yàn) 112
4.3.3 實(shí)驗(yàn)裝置和樣品制備 115
4.3.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和步驟 116
4.3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 117
4.4 割縫導(dǎo)向壓裂裂縫起裂及擴(kuò)展規(guī)律實(shí)驗(yàn) 120
4.4.1 試樣的制作及實(shí)驗(yàn)條件 120
4.4.2 割縫導(dǎo)向壓裂裂縫擴(kuò)展形態(tài)分析 123
4.4.3 割縫導(dǎo)向壓裂起裂壓力變化規(guī)律分析 125
4.5 割縫導(dǎo)向壓裂現(xiàn)場對比試驗(yàn)研究 127
4.5.1 試驗(yàn)地點(diǎn)概況 127
4.5.2 試驗(yàn)裝備及鉆孔布置方式 128
4.5.3 不同技術(shù)方法瓦斯抽采效果考察 130
參考文獻(xiàn) 132
第5章 基于孔隙壓力梯度的導(dǎo)向壓裂理論及技術(shù) 134
5.1 割縫導(dǎo)向壓裂方法及原理 134
5.2 孔隙壓力梯度誘導(dǎo)裂縫起裂及擴(kuò)展理論 135
5.2.1 孔隙壓力梯度對起裂壓力的影響 135
5.2.2 孔隙壓力梯度對裂縫擴(kuò)展的影響 137
5.2.3 孔隙壓力梯度對煤層水壓裂縫擴(kuò)展數(shù)值分析 138
5.3 水力割縫構(gòu)建煤體內(nèi)裂縫誘導(dǎo)區(qū)的作用機(jī)制 142
5.3.1 模型的建立及模擬參數(shù)確定 142
5.3.2 割縫偏差角對煤體應(yīng)力場影響規(guī)律 144
5.3.3 應(yīng)力差異系數(shù)對煤體應(yīng)力場影響規(guī)律 147
5.3.4 水力割縫對**主應(yīng)力方向影響規(guī)律 148
5.4 割縫導(dǎo)向壓裂裂縫擴(kuò)展控制路徑演化規(guī)律分析 150
5.4.1 真實(shí)破壞過程分析介紹 150
5.4.2 模型設(shè)計(jì)及數(shù)值方案 150
5.4.3 割縫導(dǎo)向壓裂裂縫擴(kuò)展路徑變化規(guī)律 152
5.4.4 割縫導(dǎo)向壓裂聲發(fā)射演化過程分析 154
5.5 煤礦井下多孔聯(lián)合壓裂技術(shù)工藝及參數(shù)研究 155
5.5.1 煤礦井下多孔聯(lián)合壓裂技術(shù)工藝 155
5.5.2 煤礦井下多孔聯(lián)合壓裂工藝參數(shù)研究 158
5.5.3 煤礦井下多孔聯(lián)合壓裂技術(shù)現(xiàn)場試驗(yàn) 160
參考文獻(xiàn) 165
第6章 射流割縫復(fù)合水力壓裂增透理論及技術(shù) 166
6.1 射流割縫復(fù)合壓裂方法及原理 166
6.1.1 高壓水射流割縫卸壓效果分析 166
6.1.2 縫槽周圍塑性破壞區(qū)域分析 172
6.1.3 射流割縫復(fù)合壓裂方法的提出 175
6.2 射流割縫復(fù)合壓裂裂縫擴(kuò)展機(jī)理 176
6.2.1 非均質(zhì)煤巖水壓裂縫卸壓擴(kuò)展模型 177
6.2.2 縫槽卸壓區(qū)裂隙帶分布及對水壓裂縫擴(kuò)展的影響 182
6.2.3 射流割縫復(fù)合水壓裂縫擴(kuò)展過程分析 187
6.2.4 射流割縫復(fù)合壓裂裂縫擴(kuò)展影響因素分析 190
6.3 射流割縫復(fù)合壓裂瓦斯運(yùn)移機(jī)理 192
6.3.1 復(fù)雜裂縫滲流特性理論研究 192
6.3.2 壓裂后煤層瓦斯運(yùn)移計(jì)算模型 194
6.3.3 瓦斯運(yùn)移富集區(qū)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn) 199
6.4 射流割縫復(fù)合壓裂技術(shù)及工藝 205
6.4.1 射流割縫復(fù)合壓裂工藝參數(shù)計(jì)算 206
6.4.2 射流割縫復(fù)合壓裂現(xiàn)場施工步驟 206
參考文獻(xiàn) 207
第7章 煤層清潔壓裂液增透抽采機(jī)理與技術(shù) 209
7.1 壓裂液對煤層壓裂效果的影響 209
7.1.1 煤層壓裂液研究現(xiàn)狀 209
7.1.2 壓裂液對煤層瓦斯吸附解吸影響 212
7.1.3 壓裂液對煤層瓦斯?jié)B流影響 213
7.2 煤礦井下低透煤層壓裂液優(yōu)選 215
7.2.1 煤礦井下低透煤層壓裂液性能分析 215
7.2.2 煤礦井下低透煤層壓裂液組分優(yōu)選 220
7.2.3 煤礦井下清潔壓裂液配比優(yōu)選 223
7.3 清潔壓裂液對煤層瓦斯吸附特性影響研究 245
7.3.1 水與清潔壓裂液對煤層Zeta電位影響研究 246
7.3.2 水與清潔壓裂液對煤層瓦斯吸附特性影響機(jī)理研究 247
7.3.3 水與清潔壓裂液對煤層瓦斯吸附特性影響實(shí)驗(yàn)研究 254
7.4 清潔壓裂液對煤層瓦斯?jié)B流特性影響研究 257
7.4.1 水與清潔壓裂液對煤層瓦斯?jié)B流特性影響機(jī)理研究 258
7.4.2 水與清潔壓裂液對煤層瓦斯?jié)B流特性影響實(shí)驗(yàn)研究 260
7.5 清潔壓裂液強(qiáng)化煤層瓦斯解吸抽采現(xiàn)場試驗(yàn)研究 265
7.5.1 試驗(yàn)地點(diǎn)概況 266
7.5.2 試驗(yàn)鉆孔布置方式 267
7.5.3 清潔壓裂液現(xiàn)場試驗(yàn)過程 269
7.5.4 瓦斯抽采對比分析 271
參考文獻(xiàn) 273
第8章 煤礦井下可控水力壓裂評價(jià)體系 276
8.1 煤礦井下可控水力壓裂評價(jià)方法 276
8.1.1 基于鉆孔觀察的水力壓裂范圍分析 276
8.1.2 基于煤層參數(shù)測量的水力壓裂范圍分析 277
8.1.3 基于物探法測試水力壓裂范圍研究 280
8.2 煤礦井下可控水力壓裂評價(jià)指標(biāo) 282
8.2.1 效果評價(jià)指標(biāo) 282
8.2.2 效果評價(jià)表 282
參考文獻(xiàn) 283