凝胶压裂裂缝扩展规律及破裂机制试验研究
林榆昆1
刘江伟1
陈绍杰1
李楠2
王霄飞3
刘耀友1
路志远1
1.山东科技大学能源与矿业工程学院,山东 青岛 2665902.青岛理工大学机械与汽车工程学院,山东 青岛 2665203.山东工商学院煤炭经济研究院,山东 烟台 264005
摘要：水力压裂技术是常用的物理破岩方法之一,可解决坚硬岩石截割困难的问题,但其水压裂缝通常沿垂直于最小主应力的方向扩展,裂缝数量少且形态单一,影响矿山破岩效果和生产效率.为进一步提高矿山破岩效果,提出一种凝胶压裂的新型压裂技术.基于自研的煤岩体真三轴水力压裂模拟试验系统,开展纯水压裂、先纯水压裂后凝胶压裂及不同质量分数的凝胶压裂试验,采用电子压力记录仪实时监测试块破裂的压力信息,对比分析岩石破裂压力变化规律及对应的破裂行为;通过对比分析试块宏观破环特征,探究凝胶压裂的裂缝扩展规律,揭示凝胶压裂的破岩机理.研究结果表明:①凝胶压裂可以增加试块破裂的裂缝密度,单位面积内裂缝总长度增加 92.71%～216.67%,裂缝密度升高 92.7%～216.97%,使裂缝形态更加复杂,为形成复杂缝网提供基础;②凝胶压裂阶段压力存在长时间及大幅度波动,这是复杂裂缝形成的力学响应;③凝胶压裂可以缩小岩石破碎块度,使裂缝开度增大,其分支裂缝的数量明显多于纯水压裂,破岩效果明显优于纯水压裂;④凝胶压裂液质量分数越高,分支裂缝数量越多,压裂动力现象越明显.研究结果证明,凝胶压裂改变了传统水力压裂的裂缝扩展模式,在裂缝起裂扩展阶段封堵物质可以封堵先压裂缝,改变应力薄弱区起裂新裂缝,其岩石破裂效果明显优于纯水压裂.
关键词：凝胶压裂裂缝扩展坚硬岩层水力压裂力学响应
分类号：TD315(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52074169)山东省自然科学基金面上基金资助项目(ZR2022ME112)
论文发表日期：2025-11-30
在线出版日期：2025-12-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 284-294 )
英文信息