采空区下伏煤层水力压裂试验研究与应用
陆泳鑫1
胡胜勇2
李国富3
武玺4
路佳旗1
杨育涛1
张村5
苏燕6
1.太原理工大学安全与应急管理工程学院,山西太原 0300242.太原理工大学安全与应急管理工程学院,山西太原 030024;晋能控股装备制造集团有限公司,山西晋城 048006;煤与煤层气共采国家重点实验室,山西晋城 0480123.晋能控股装备制造集团有限公司,山西晋城 048006;煤与煤层气共采国家重点实验室,山西晋城 0480124.山西蓝焰煤层气集团有限责任公司,山西晋城 0482005.中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 1000836.山东电子职业技术学院,山东济南 250100
摘要：采空区下伏煤层气资源储量丰富,长期未能有效开发.水力压裂技术是一种提高煤层气采收率的有效手段,上覆煤层的开采与重新压实会直接影响采空区下伏煤层水力裂缝的扩展行为.通过大尺寸(300 mm×300 mm×300 mm)真三轴水力压裂试验,分析了不同加卸载应力扰动程度下煤体的T力学与声发射响应特征,提出了表征煤体损伤程度的损伤变量T,明晰了损伤与水力裂缝起裂与扩展规律之间的关系.结果表明:采空区下伏煤体垂向应力加载阶段引起的损伤显著大于卸载阶段,垂向加载应力不超过 11 MPa时,煤体处于弹性阶段,损伤极少;加载至 11～15 MPa,处于屈服阶段,损伤大幅增加;加载至 15～18 MPa,处于强化阶段,煤体孔裂隙逐渐被压实.损伤变量T可以有效表征煤体内部损伤程度,Tc为煤体未经过加卸应力扰动时的损伤变量.T=Tc时,煤体内部的损伤程度与未经过加卸载应力扰动的煤体损伤程度相当;T>Tc时,煤体呈应力损伤态,越大,损伤程度T越高;T<Tc时,煤体呈应力压实态,越小,压实程度越高.煤体应力损伤程度与破裂压力呈负相关,高损伤程度使得煤体更容易破裂,井筒近端容易形成主水力裂缝,有利于开展水力压裂.煤体的压实程度与破裂压力呈正相关,高压实程度使得水平应力差对水力裂缝扩展的影响减弱,井筒近端水力裂缝发育,不易形成主水力裂缝,阻碍水力压裂开展.基于研究成果制定了采空区下伏煤层水力压裂施工方案优化原则并在现场应用,优化后的方案水力压裂造缝能力显著提高.
关键词：采空区下伏煤层煤层气水力压裂损伤变量裂缝扩展
分类号：TE37(油气田开发与开采)
资助基金：中国博士后科学基金特别资助项目(2020T130389)国家重点实验室开放基金(2022KF15)
论文发表日期：2024-04-25
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 231-242 )
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