煤矿砂岩横向切槽真三轴定向水力压裂试验

作     者：吴拥政 杨建威 WU Yongzheng;YANG Jianwei

作者机构：天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013 

基　　金：国家重点研发计划资助项目(2017YFC0603003) 国家自然科学基金资助项目(51774186) 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2020年第45卷第3期

页      码：927-935页

摘      要：为揭示煤矿基本顶细砂岩定向水力压裂裂缝起裂、扩展规律,在煤矿井下原位获取并加工成300 mm×300 mm×300 mm大尺寸细砂岩,在试样正中布置直径26 mm的压裂孔,采用专用切槽钻头垂直钻孔轴向预制长12 mm的三维楔形横槽,开展大型真三轴定向水力压裂试验与高能工业CT扫描,研究了原生层理方向与水平应力差大小对水力裂缝起裂压力、扩展形态、水压-时间曲线、压裂体积的影响规律,并引入定向偏转距概念(预制切槽处裂缝沿其方向定向扩展不发生偏转的距离)来表征定向压裂效果。试验结果表明:预制横向切槽可驱使其附近裂缝沿着切槽定向起裂、扩展,裂缝形态分为单一横切型和复杂“H”型;水压-时间曲线根据裂纹扩展阶段的不同,分为平缓式波动型和断崖式跌落型。水平应力差对切槽处的裂缝定向偏转距影响程度大于层理方向。高水平应力差作用下切槽尖端应力集中程度更高,穿越层理面能力更强,裂缝从切槽尖端起裂后与层理交汇后不发生偏转,切槽定向效果较好;而低水平应力差作用下裂缝扩展时遇到层理易发生转向,切槽定向效果差。高水平应力差作用下裂缝定向偏转距为低水平应力差作用下的10倍,前者切槽可定向裂缝扩展至试样边界,后者切槽仅可控制其附近裂缝扩展方向,之后逐渐偏转至与最大水平主应力方向平行。层理平行切槽时,裂缝平均起裂压力、压裂体积是垂直切槽时的1.7倍;高水平应力差作用下裂缝平均起裂压力、压裂体积是低水平应力差作用下的1.3倍。层理效应在低水平应力差作用下明显,当切槽与层理方向一致时,切槽附近层理最易被激活并沿切槽定向扩展,裂缝宽度与形态复杂多样,反之,较难被激活,裂缝形态单一;而高水平应力差作用下不同方向的层理均能被激活,裂缝扩展充分,形成形态复杂多样的缝网。

主 题 词：细砂岩 真三轴 横向切槽 定向水力压裂 裂缝扩展 定向偏转距 

学科分类：081901[081901] 0808[工学-自动化类] 0819[工学-海洋工程类] 0809[工学-计算机类] 08[工学] 0820[工学-航空航天类] 0817[工学-轻工类] 0818[工学-交通运输类] 0807[工学-电子信息类] 0815[工学-矿业类] 0827[工学-食品科学与工程类] 0813[工学-化工与制药类] 0802[工学-机械学] 0703[理学-化学类] 0814[工学-地质类] 0801[工学-力学类] 

核心收录：

D　O　I：10.13225/j.cnki.jccs.SJ20.0181

馆 藏 号：203907700...