大尺寸真三轴煤岩水力压裂模拟试验与裂缝扩展分析

水力压裂是一项广泛应用于低渗煤层的卸压增透技术。为了深入研究煤岩受力、天然裂缝、泵注排量对水力裂缝扩展规律及空间结构的影响,采用大尺寸真三轴水力压裂试验系统、压裂液中添加示踪剂等方式,在真三轴条件下对大尺寸煤岩进行了水力压裂试验。通过剖切压裂试样描述了水力裂缝扩展和空间展布规律,分析了裂缝宽度与应力之间的关系,并初步探讨了煤岩水力裂缝网络的形成机制。结果表明:(1)水力裂缝自割理处起裂并沿割理扩展、连接割理,进而形成复杂的裂缝网络结构;(2)水力裂缝受应力条件作用明显,当最大水平主应力和垂向应力相近,且远大于最小水平主应力时,易形成复杂的裂缝形态;(3)煤岩天然裂隙的存在是形成裂缝网络结构的前提,泵注排量对裂缝网络的形成也有重要影响;(4)煤岩裂隙在局部区域影响水力裂缝转向、分叉,但最终水力裂缝在扩展过程中逐渐转向至最大主应力方向;(5)水力压裂过程中,裂缝宽度的变化不仅与煤岩所受应力有关,还受到压裂液排量、天然裂缝等因素的影响。研究结果可以为煤岩裂缝网络的形成机制、现场施工参数的选取提供技术支持。     

煤层气井水力压裂裂缝产状和形态研究

对钻井水力压裂开采煤层气时，所形成的裂缝产状和形态进行了理论分析，提出了裂缝倾角，走向和形状的确定依据。     

煤岩水力压裂裂缝扩展形态试验研究

通过室内水力压裂物理模拟试验系统,对大尺寸原煤进行了水力压裂模拟试验,根据水力裂缝的空间展布形态分析了煤岩储层水力裂缝的延伸规律,揭示了网状裂缝的形成机制。结果表明：水力裂缝易在弱层理处分叉和转向,发育的层理和裂缝系统等结构面为压裂形成裂缝网络提供了前提条件。泵压曲线呈现出的频繁波动是煤岩内产生网状裂缝的一个显著特征。水力裂缝的起裂与延伸有4种基本模式,裂缝网络的形成多为这4种基本模式的组合。地应力差异系数和泵注排量对煤层水力裂缝形态有较大影响。较小的地应力差异系数更利于网状裂缝的形成;较高的压裂液排量易形成相对简单的裂缝形态,导致压裂改造效果较差。该试验方法和试验结果可为现场水力压裂参数设计和优化提供参考和依据。     

基于损伤力学分析的水力压裂三维裂缝形态研究

水力压裂三维裂缝形态及延伸的预测是评价水力压裂效果的主要因素,采用了损伤力学与断裂力学相结合的方法,描述了裂缝表面岩体的力学行为,建立了裂缝面上的损伤判据与损伤演化方程。根据岩石力学与渗流力学,采用有限元方法建立了低渗透储层岩体的流固-损伤耦合方程,并采用Newton-Raphson与线性搜索相结合的方法进行求解,获得了低渗透油层水力压裂三维裂缝的动态扩展过程及最终形态,揭示其力学本质。通过算例验证了理论及计算方法的正确性。在此基础上,分析了影响裂缝扩展的主要因素,其结果可为水力压裂设计提供较为可靠和准确的预测手段,以提高油层水力压裂措施的成功率     

煤层气井水力压裂同层多裂缝分析

多裂缝理论是水力压裂理论的前沿理论,特别是对裂隙发育、物理力学性质有别于均质砂岩的煤岩,其研究难度较大,面临问题很多。根据弹性力学、岩石力学、断裂力学和流体力学等学科基本理论,结合多裂缝理论与井底压力协同理论,对在天然裂隙发育的煤层同时开启的多裂缝模型进行了分析与计算。结果显示,综合滤失系数、流量、主应力差等均不同程度影响了多裂缝在近井筒区域的汇合相连概率与延伸方向。     

煤层气压裂施工压力与裂缝形态简析

根据煤层气试验井的施工资料，分析了煤层压裂施工压力的特点以及井深、Ro与破压梯度的关系，并根据裂缝监测（测井温法、大地电位法和微地震法）测量的裂缝方位和缝高，对煤层压裂形成的裂缝特点进行了分类和总结，提出了指导性的建议。     

如何确定水力裂缝的最佳尺寸?

1 影响垂直裂缝井增产效果的主要因素分析 理论分析表明,影响垂直裂缝井增产效果的主要因素有两个无量纲参数,即裂缝的无量纲穿透比和无量纲导流能力.     

煤层水力压裂应力与裂隙演化的细观规律

水力压裂作为煤层强化增透技术的一种,其应力演化特征及裂隙形态与扩展范围的判断尤为重要。采用离散元数值方法,以导向压裂为背景,建立水力压裂流固耦合模型;通过应力路径、裂纹热点图等手段,探究水力压裂过程中压裂排量、泊松比、天然裂隙密度对应力演化和裂隙演化的影响及其细观规律。结果表明:不同压裂排量下的应力演化方向及最终应力路径曲线形状有着明显的不同,低排量下裂隙附近的应力比值逐渐增大,而在高排量下先增大后减小;煤层泊松比越大,平均压裂半径越低,但对起裂时间及裂隙的扩展形态影响不明显;天然裂隙的发育情况对水力裂隙的扩展起着关键性作用,高裂隙发育煤层水力裂隙扩展的方向性无法预测,应力演化方向会出现反转现象;压裂过程中不同区域的应力演化特征能够反映出裂隙的扩展状态,现场可通过监测压裂区域附近应力变化,判断水力压裂缝网的扩展范围。      

煤层顶板分段压裂水平井地质适应性分析与施工参数优化

煤层顶板分段压裂水平井是实现碎软低渗煤层煤层气高效抽采的有效技术.依托"十三五"国家科技重大专项课题,围绕煤层顶板分段压裂水平井煤层气高效抽采技术,采用理论分析、数值模拟等手段,对比不同地应力状态下裂缝的穿层扩展形态,研究水平井布井方位与最小水平主应力方向夹角对裂缝转向扩展的影响,分析多簇射孔条件下裂缝的竞争扩展现象....     

煤层中瑞利型槽波的频散特性

频散是槽波的最大的特征,基于此推导三层对称模型的瑞利型槽波的频散特征方程并绘制出频散曲线,对频散曲线进行研究,讨论地层参数与埃里相频率的关系(影响频散的因素)。通过研究表明,利用已知频散曲线可以进行地层厚度、速度等参数的反演和估算。     

煤层瓦斯含量测定方法的改进意见

现今将解吸法测定煤层瓦斯含量的方法作为地勘工作中测定煤层瓦斯含量的标准方法,但此方法仍存在一些问题,因此提出了利用现场解吸资料采用回归分析计算煤层自然瓦斯含量的方法。通过与实际测定值对比,效果较好。     

"三软煤层"电磁波吸收特征分析

通过对梁家煤矿两个工作面的坑透试验研究,获得了“三软煤层”的电磁波吸收系数β;应用ＣＴ技术处理得到了工作面吸收色谱图,分析了“三软煤层裂隙、构造的吸收异常特征,取得了较好的地质效果。     

煤岩力学性质测试分析与应用

通过大量煤岩力学性质的测试与分析,证实了试验区煤岩的弹性模量相对低,泊松比较高,脆性大,易破碎,易压缩,且煤岩垂直层理方向上和平行层理方向上的力学性质相比差异较大,帮而应将煤岩视为横观各向同性体来处理。地运用Ｇｕｉｆｆｔｈ断裂理论,试验和研究了煤岩的脆性断裂过程,针对煤岩结构构造和力学性质对水压致裂缝发育特点的影响做了定性分析,并对水力压裂设计与施工提出了有重要参考价值的建议。     

沙尔湖煤田巨厚煤层异地成煤分析

通过对主煤层煤岩组分对比发现,沙尔湖煤田煤显微煤岩组分以惰质组分为主,组分因埋深不同有差异.利用镜质组与惰质组组份含量比例关系,推测煤层在沼泽积水较深还原环境中形成.煤中惰质组分含量较高,说明成煤期地壳缓慢上升,沼泽积水变浅的氧化环境.煤田自西向东主煤层形成时期沼泽积水深浅(地壳升降)变化韵律一致,早期深水中心偏向东部(葛洲坝煤矿方向),晚期深水中心偏向西部(格鑫煤矿方向),东部持续缓慢抬升使成煤阶段处于氧化环境,惰质组含量逐渐增高,并明显高于西部.同时,煤中无机质含量较高,反映当时为水动力条件较弱的成煤环境.据巨厚煤层产出、聚煤中心赋存(直接在二叠系老地层上)和煤层稳定性及变化趋势多方煤层特征,认为沙尔湖煤田巨厚煤层的形成具异地成煤特点.     

煤层后生夹矸成因类型及其特征

煤层\     

凝胶压裂液的研究及在煤层改造中的应用

煤储层改造施工过程中,压裂液是形成裂缝并将支撑剂有效地带入裂缝的主要载体。本文从国内实际情况出发,研究凝胶压裂液的配制机理。通过室内对比实验,筛选出了组成凝胶压裂液最主要的添加剂有稠化剂、胶联剂、防腐剂、破胶剂和表面活性剂等。同时还对性能以及性能随时间、温度而变化的趋势进行了测试,得到了合理的浓度,为现场实际配制和施工提供了可靠的理论依据。该凝胶压裂液经现场应用,其携砂能力、返排情况、压裂后的导流能力均达到满意的效果,为今后煤层气的勘探开发增添了新的技术支持。      

老厂矿区煤层及煤层气藏水文地质特征

根据老厂矿区特别是老厂四勘区煤田和煤层气勘探的基础资料,重点评价该区及煤层气的水文地质特征,为煤层气成藏条件研究及煤炭资源开采提供依据。     

CONSEQUENCES OF FLUID LAG IN THREE-DIMENSIONAL HYDRAULIC FRACTURES

Research investigations on three-dimensional (3-D) rectangular hydraulic fracture configurations with varying degrees of fluid lag are reported. This paper demonstrates that a 3-D fracture model coupled with fluid lag (a small region of reduced pressure) at the fracture tip can predict very large excess pressure measurements for hydraulic fracture processes. Predictions of fracture propagation based on critical stress intensity factors are extremely sensitive to the pressure profile at the tip of a propagating fracture. This strong sensitivity to the pressure profile at the tip of a hydraulic fracture is more strongly pronounced in 3-D models versus 2-D models because 3-D fractures are clamped at the top and bottom, and pressures in the 3-D fractures that are far removed from the fracture tip have little effect on the stress intensity factor at the fracture tip. This rationale for the excess pressure mechanism is in marked contrast to the crack tip process damage zone assumptions and attendant high rock fracture toughness value hypotheses advanced in the literature. A comparison with field data is presented to illustrate the proposed fracture fluid pressure sensitivity phenomenon. This paper does not attempt to calculate the length of the fluid lag region in a propagating fracture but instead attempts to show that the pressure profile at the tip of the propagating fracture plays a major role in fracture propagation, and this role is magnified in 3-D models. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd. Int. J. Numer. Anal. Meth. Geomech., vol. 21, 229–240 (1997).     

内蒙古鄂尔多斯侏罗纪煤层聚积规律及找煤方向

东胜煤田延安组为一套内陆盆地之河流—三角洲—湖泊环境下沉积的侏罗纪含煤地层。根据成因地层分析与层序地层划分，将其划分为５个成因单元对应于５个小层序组，进一步划分为１１个小层序（旋回）。应用沉积体系链及其配置型式来恢复预测区的沉积环境，总结其聚煤规律，进行资源预测。