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深部高突煤层典型特征、诱突机制及防治对策 被引量：3
1
作者 林柏泉 杨威 刘统 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期311-325,共15页
我国煤炭开采已逐渐进入深部,随着采深的不断增加,煤层的突出风险显著升高,突出发生的频率和强度均明显增大,给深部煤炭资源的安全高效开发带来巨大挑战。首先剖析了深部不同深度下煤层开采面临的复杂应力环境,并系统研究了深部高突煤... 我国煤炭开采已逐渐进入深部,随着采深的不断增加,煤层的突出风险显著升高,突出发生的频率和强度均明显增大,给深部煤炭资源的安全高效开发带来巨大挑战。首先剖析了深部不同深度下煤层开采面临的复杂应力环境,并系统研究了深部高突煤层的典型特性,阐明了深部开采诱突机制,最后提出了深部开采突出灾害防治的对策建议。结果表明:对突出煤层开采而言,深部没有一个固定深度值,而是应力、瓦斯压力和煤体强度等因素综合影响下煤层所表现出的非线性力学状态。深部煤层应力高,采动煤体呈强塑性破坏;突出煤的孔隙率低且连通性差、高应力下煤层渗透率极低;高压瓦斯高饱和赋存、低压吸附能力强;煤的基质尺度大且通达性差、瓦斯跨尺度运移难;深部煤层最大水平主应力增大,强构造应力作用下构造煤破碎程度高,在构造应力集中带内形成高压瓦斯包,导致突出风险激增。当深部开采工作面前方遇到构造软煤时,工作面附近硬煤内更容易形成强应力集中,对构造软煤内高压瓦斯的封闭作用显著增强,造成工作面前方瓦斯压力高、梯度大,煤体内的瓦斯膨胀能显著高于浅部;同时高应力下工作面前方煤体更容易发生强塑性流变破坏,诱发变形能的猛烈释放。构造煤煤体发生大变形损伤,孔裂隙空间增大;基质尺度急剧减小,被封闭的大量瓦斯快速解吸。二者共同造成游离瓦斯存储空间和压力的同步迅速增大,引发游离瓦斯膨胀能的迅速升高,当瓦斯膨胀能高于突出阈值时,大量瓦斯将破碎并抛出煤体,导致突出事故发生。基于此提出深部突出灾害防治应通过合理化采掘布置,从整体上降低采掘过程中的局部应力集中;通过超前探测准确获取煤层隐蔽构造、煤岩力学参数以及瓦斯参数等关键信息,超前识别突出风险进而施行精准防控;强调了要通过深度卸压充分释放应力,降低煤层应力集中,提高煤层渗透率,同时诱导大量低压吸附瓦斯脱附解吸,通过强力造缝增透减小基质尺度并活化基质孔隙,加速瓦斯运移如有必要采用物理化学联合增透方法,构建基质孔隙-裂隙跨尺度流动通道,提高瓦斯抽采效果,充分降低煤层气含量,最终达到超前、精准和均匀消突的目的,实现深部煤层安全高效开采。 展开更多
关键词 深部开采 突出煤层 高应力 诱突机制 突出防控
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强突煤层地面丛式井造穴卸压辅助石门揭煤技术 被引量：2
2
作者 刘厅 翟成 +4 位作者 童校长 徐鹤翔 邹全乐 林柏泉 徐吉钊 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期144-157,共14页
针对深部强突煤层石门揭煤危险性高,打钻过程易喷孔、效率低的难题,基于数值模拟和现场试验研究了强突煤层地面丛式井全覆盖造穴辅助石门揭煤降突机理及关键技术参数优化方法。首先开发了地面丛式井多级造穴技术及配套系统;其次揭示了... 针对深部强突煤层石门揭煤危险性高,打钻过程易喷孔、效率低的难题,基于数值模拟和现场试验研究了强突煤层地面丛式井全覆盖造穴辅助石门揭煤降突机理及关键技术参数优化方法。首先开发了地面丛式井多级造穴技术及配套系统;其次揭示了丛式井造穴卸压煤体物理场演化规律,提出了造穴关键技术参数优化方法;最后成功开展了石门揭煤控制区地面丛式井全覆盖造穴辅助消突工程试验,验证了技术的有效性。结果表明:提出了多场协同调控防突方法,揭示了地面丛式井区域全覆盖造穴强化卸压增透,辅助石门揭煤消突机理,开发了“机械扩孔-水力喷射-排水释压”多级造穴技术,并配套研发了“造穴-排渣-水渣分离”一体化系统。煤体塑性区体积与等效直径平方呈线性关系,研究条件下的比值为81.90;洞穴附近低渗透区瓦斯压力随着洞穴直径的增大先降低后升高,对应的最优洞穴直径为2.0 m;揭煤巷道沿着垂直于最大主应力方向布置时,造穴后巷道两侧煤体更容易消突。成功开展了石门揭煤控制区地面丛式井全覆盖造穴辅助消突工程试验,技术实施后,煤层透气性系数提高约10倍,残余瓦斯压力和残余瓦斯含量显著降低,试验地点井下揭煤措施孔数量减少了24%、钻孔工程量降低了21%。开发的技术可进一步拓展形成“地面井煤气共采”方法,有望实现难采-难抽煤层煤与瓦斯的协同高效共采。 展开更多
关键词 强突煤层 石门揭煤 地面井造穴 应力-渗流耦合 煤气共采
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低透气性煤样爆破致裂裂纹扩展特征试验研究
3
作者 张飞燕 段笑颜 韩颖 《爆破》 北大核心 2025年第2期44-51,共8页
预裂爆破是改善低透气性煤层渗透率、提高瓦斯抽采率的有效措施之一,众多学者研究视角多聚焦于爆破孔布置方式、装药结构、装药系数、装药量和爆破应力波传播过程等因素对预裂爆破效果的影响,少数学者采用数值模拟方法对爆破裂纹的扩展... 预裂爆破是改善低透气性煤层渗透率、提高瓦斯抽采率的有效措施之一,众多学者研究视角多聚焦于爆破孔布置方式、装药结构、装药系数、装药量和爆破应力波传播过程等因素对预裂爆破效果的影响,少数学者采用数值模拟方法对爆破裂纹的扩展特征进行了探讨,目前针对裂纹扩展的相关试验研究少见报道。为有效考察爆破致裂效果,以某矿低透气性煤样为研究对象,采用小药量耦合装药爆破技术和计算机断层扫描技术,试验获取了煤样爆破后的宏观破坏特征及内部裂纹的三维分布效果,进而对爆破应力作用下煤样内部裂纹的扩展特征进行了深入探讨。研究表明:以起爆药代替常用炸药,采用小药量耦合装药爆破技术进行小尺寸煤样爆破致裂试验,是切实可行的。当装药量和压药压力相同时,炮孔直径越大,裂纹扩展和增透效果越差;当炮孔直径和装药量相同时,冲压装药效果优于松散装药。当炮孔直径和压药压力相同时,并非装药量越大裂纹扩展效果越好,存在一个合理的装药量区间;对于本文采用的低透气性标准尺寸煤样而言,当装药量为25 mg时,裂纹体积占比为12.79%,单个裂纹体积为20135.03 mm^(3),裂纹扩展效果最佳,装药量为20 mg时效果次之。 展开更多
关键词 低透气性煤层 爆破致裂 裂纹扩展 耦合装药 CT扫描
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高压电脉冲致裂煤岩增透技术研究进展与展望
4
作者 蒋长宝 吴家耀 +1 位作者 闫发志 彭守建 《金属矿山》 北大核心 2025年第5期51-63,共13页
我国大部分煤层低透气性的特点严重制约了煤层气高效开采,高压电脉冲作为一种安全、环保且重复可控的煤岩致裂增透技术,在煤层增透领域展现了广阔的应用前景。结合业内多年研究成果,回顾了高压电脉冲技术的基本概念及发展历程,剖析了该... 我国大部分煤层低透气性的特点严重制约了煤层气高效开采,高压电脉冲作为一种安全、环保且重复可控的煤岩致裂增透技术,在煤层增透领域展现了广阔的应用前景。结合业内多年研究成果,回顾了高压电脉冲技术的基本概念及发展历程,剖析了该技术的致裂增透机制,并围绕放电参数、煤岩电学特性、煤岩矿物分布及孔裂隙特征、赋存条件4个方面系统梳理了高压电脉冲煤岩致裂增透理论的研究进展。研究表明:2015年以来,高压电脉冲技术研究热度显著上升,其典型作用机制包括液电效应和电破碎效应;高压电脉冲击穿煤岩过程可分为电场加载、极化、击穿和稳定4个阶段,煤岩孔隙结构在应力波作用下经历了扩孔、破裂、贯穿和扩展裂隙的演化模式,从而提高了渗透性;放电参数决定裂隙网络的优化程度,煤岩电学特性影响击穿难度与能量传递,矿物分布及孔裂隙特征控制等离子体通道的形成与裂纹扩展,地应力与气体压力的耦合作用则共同调控煤岩裂隙演化与渗透性变化。基于上述分析,指出了该领域发展存在的主要问题,包括信息获取困难、致裂增透机制尚不明确及击穿场强较高等,展望“十五五”乃至更长时期,认为该领域未来发展的着力点在于:①发展高压电脉冲致裂煤岩的实时监测技术;②构建高精度的热流固化电多物理场耦合模型;③探索高压电脉冲协同多技术致裂煤岩增透。以期突破现有瓶颈,推动该技术的进一步发展。 展开更多
关键词 高压电脉冲 电破碎效应 煤层增透 储层改造 煤层气开采
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深井高瓦斯低渗煤层深孔聚能爆破增透试验研究 被引量：1
5
作者 傅师贵 刘泽功 +4 位作者 常帅 杨帅 张健玉 乔国栋 张鑫 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期158-173,共16页
随着煤炭逐渐往深部区域开采,将面临着高地应力问题。针对深井高瓦斯低渗煤层在深部地应力作用下聚能爆破增透煤体内部损伤及裂隙演化规律不清楚,建立了聚能爆破射流理论模型,研究了聚能射流形成的临界压垮速度,验证了射流形成的可行性... 随着煤炭逐渐往深部区域开采,将面临着高地应力问题。针对深井高瓦斯低渗煤层在深部地应力作用下聚能爆破增透煤体内部损伤及裂隙演化规律不清楚,建立了聚能爆破射流理论模型,研究了聚能射流形成的临界压垮速度,验证了射流形成的可行性,分析了聚能爆破载荷侵蚀煤体的作用机制;随后通过在实验室开展了不同埋深下聚能爆破和普通爆破的相似模拟对比试验,从宏观裂纹、应变情况以及超声波数据3个方面分析不同埋深下聚能爆破和普通爆破对煤层裂纹扩展的影响;其次通过数值模拟软件研究不同埋深下聚能爆炸载荷对煤体损伤分布特征情况;最后通过现场试验研究普通爆破和不同埋深下聚能爆破对瓦斯浓度和瓦斯抽采纯量的影响。爆破相似模拟试验结果表明:深部地应力会抑制爆破载荷对煤体的致裂范围,并且普通爆破受地应力的影响比聚能爆破更大;相对比于普通爆破,聚能药包在深部煤体爆破增透时致裂范围更广,在聚能方向上1号测点最大压应变峰值是普通爆破的1.35倍,而非聚能方向上3号测点最大压应变峰值为普通爆破的86%,这也导致裂纹优先向聚能方向扩展,在非聚能方向扩展较少,爆破定向效果更佳。数值模拟结果表明:随着埋深的增加,聚能爆破侵彻煤体的范围会变小;拟合了埋深与聚能爆破致裂煤体范围关系式,能在一定程度上为深部矿井聚能爆破致裂煤体范围作为判断依据。现场试验结果表明:深孔聚能爆破比普通深孔爆破能够更大程度增加瓦斯抽采。而埋深对深孔聚能爆破致裂范围有一定的影响,因此在深部矿井中采用聚能爆破时应考虑地应力的影响。研究成果对深部高瓦斯低渗煤层爆破增透有一定的参考意义。 展开更多
关键词 聚能射流 数值模拟 煤层增透 地应力 相似模拟
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地面井掏煤造穴卸压增透技术及工程应用 被引量：1
6
作者 童校长 文虎 +3 位作者 徐鹤翔 刘厅 温鸿达 程小蛟 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第1期61-73,共13页
为实现深部强突出煤层高效卸压,基于地面井掏煤造穴卸压增透技术,推导了掏煤孔洞周围应力分布解析解,分析了泥浆压力、黏聚力、内摩擦角等参数对掏煤区煤体应力及位移影响规律,并以张集矿A组煤为研究对象进行了现场应用。结果表明:煤体... 为实现深部强突出煤层高效卸压,基于地面井掏煤造穴卸压增透技术,推导了掏煤孔洞周围应力分布解析解,分析了泥浆压力、黏聚力、内摩擦角等参数对掏煤区煤体应力及位移影响规律,并以张集矿A组煤为研究对象进行了现场应用。结果表明:煤体黏聚力和内摩擦角对孔洞周围应力和位移分布影响最为显著,黏聚力由2 MPa降低至0.5 MPa,峰值环向应力降低5.04%,剪胀角的影响效果最弱;塑性区和破碎区范围与掏煤直径呈线性正相关关系,孔洞壁面附近位移量最大且衰减迅速;孔洞内部泥浆支撑压力会显著抑制卸压效果,在0~2 MPa影响显著;相同造穴半径条件下,泥浆压力越大,对应破碎区和塑性区范围越小,在泥浆压力较低时,破碎区和塑性区的范围对其数值变化较为敏感;在进行地面井掏煤造穴卸压后,掏煤区域煤层瓦斯压力由2.35 MPa降低至1.46 MPa,降低了37.8%,瓦斯含量由7.23 m^(3)/t降低至5.76 m^(3)/t,降低了20.3%,煤层透气性系数提高约10倍,钻孔数减少24%,减少21%钻孔量。该技术为深部突出煤层安全快速区域消突提供了一个范例。 展开更多
关键词 高瓦斯矿井 地面井 煤层卸压 应力重分布 解析解
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低透气性坚硬煤层联合卸压增透关键技术研究 被引量：1
7
作者 周玉军 李振华 李嘉诚 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第S1期57-65,共9页
基于焦作某矿煤层呈现高瓦斯含量、低渗透性、硬度高及复合煤层等特点,且矿区不具备开采保护层条件的情况,为提高冲孔效果及瓦斯抽采效果,提出“松动爆破-机械造穴-水力冲孔”联合增透技术;运用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对不同的钻... 基于焦作某矿煤层呈现高瓦斯含量、低渗透性、硬度高及复合煤层等特点,且矿区不具备开采保护层条件的情况,为提高冲孔效果及瓦斯抽采效果,提出“松动爆破-机械造穴-水力冲孔”联合增透技术;运用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对不同的钻孔间距下的裂隙扩展状态进行模拟;对装药密度、装药结构与装药量等爆破参数进行了现场考察;利用PFC2D数值模拟软件对不同造穴钻孔直径下的裂隙发育范围进行模拟;对刀具开闭程度与水压的关系进行了调试。结果表明:在辅助孔的导向作用下,在2孔之间生成贯通裂隙面,且模拟出爆破孔与辅助孔最佳间距为4 m;最佳的装药结构为使用联合增透技术后“改造药仓3卷并排装药”,合理的装药密度为1.02 kg/m;通过PFC2D进行模拟确定合理的扩孔直径为500 mm;现场进行水压与刀臂张开度测试,显示当水压达到6 MPa时,造穴刀臂能完全打开;现场工业性试验实施后,与矿井常规的水力冲孔措施相对比,冲孔速度提高1.21倍;冲孔效率提高1.23倍,钻孔冲煤量提高1.09倍;抽采浓度初始值、60 d值、120 d值分别增加20%、14%、16%。数值模拟与现场工业性试验结果均证明:提出的联合增透技术在低透气性硬煤中能够提高冲孔效果及抽采浓度,为其他低透气性坚硬煤层的瓦斯治理提供了参考。 展开更多
关键词 低透气性 坚硬煤层 数值模拟 联合增透技术 冲孔效果
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螯合剂对低渗煤层气储层孔隙结构影响规律与增透作用机理
8
作者 陈书雅 蔡记华 +2 位作者 杨现禹 辛福东 张璐 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第3期264-273,共10页
我国煤层普遍具有低孔、低渗特征,采用化学增透方法溶蚀割理、裂隙中的充填矿物,增强裂隙连通性,可提高煤层渗透率和煤层气井产量。针对盐酸、土酸等常规酸体系的腐蚀和二次沉淀等问题,提出使用螯合剂进行储层改造的技术思路。以山西沁... 我国煤层普遍具有低孔、低渗特征,采用化学增透方法溶蚀割理、裂隙中的充填矿物,增强裂隙连通性,可提高煤层渗透率和煤层气井产量。针对盐酸、土酸等常规酸体系的腐蚀和二次沉淀等问题,提出使用螯合剂进行储层改造的技术思路。以山西沁水盆地成庄矿3号煤层为研究对象,采用化学滴定、静态溶蚀、表面形貌观察、岩心酸化流动、标准试片腐蚀速率评价和压汞等试验方法,探究了EDTA、HEDTA、GLDA、MGDA 4种螯合剂在不同pH条件下对煤中矿物的溶蚀效果,以及在驱替过程中煤岩心的渗透率动态变化过程,最后比较了螯合剂与常规盐酸对N-80型试片的腐蚀速率,并明确了所优选的螯合剂对煤孔隙结构影响规律及其增透作用机理。结果表明:4种螯合剂中,HEDTA对Ca^(2+)和Fe^(3+)的螯合能力最强;5%GLDA浸泡后的煤样基质产生了微裂缝和孔隙,有利于煤层气的解吸和运移;向煤岩心中注入约80倍孔隙体积(PV)的5%GLDA后,其渗透率增加68.75%;压汞结果表明,经过GLDA处理后的煤样总孔隙度由5.91%增至28.8%,这主要是由于10~100 nm和>1000 nm孔径范围内的孔隙增加;5%GLDA对N-80型试片的腐蚀速率仅为5%HCl腐蚀速率的7.53%,因此无需额外添加缓蚀剂,可有效降低酸化作业成本。环保型螯合剂通过酸化作用和螯合作用能有效溶蚀煤层中的无机矿物(方解石、铁白云石等),生成稳定、可溶的螯合物,从而提高煤层的渗透率,同时降低对储层的二次伤害,研究成果可为低渗煤层气高效勘探开发提供新的技术思路。 展开更多
关键词 低渗煤层 煤层气 渗透率 化学增透 螯合剂
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地下煤气化区前缘煤岩渗透率的温度-应力敏感性实验研究
9
作者 彭岩 汪大伟 +2 位作者 张敏 崔健 路庆洋 《中国矿业》 北大核心 2025年第4期225-233,共9页
地下煤气化(UCG)是一种环保的煤炭资源利用方式,利用效率取决于气体在煤岩中的渗流特征,应力条件下煤岩的渗透特征是UCG高效实施的关键。燃烧区(温度高于500℃)煤岩的应力相关渗透率特性已得到广泛研究,针对气化炉前部边缘位置(温度低于... 地下煤气化(UCG)是一种环保的煤炭资源利用方式,利用效率取决于气体在煤岩中的渗流特征,应力条件下煤岩的渗透特征是UCG高效实施的关键。燃烧区(温度高于500℃)煤岩的应力相关渗透率特性已得到广泛研究,针对气化炉前部边缘位置(温度低于500℃,煤岩主要发生热解反应)煤岩的渗透特性研究较少,但其显著影响注入井到生产井的气体流动效率。通过测试不同围压下煤岩渗透率随温度(25~500℃)的演化规律,基于煤岩渗透率模型研究温度对煤岩渗透率的影响机制。主要结果表明:①煤岩渗透率随温度升高先减小后增大。煤岩渗透率在300℃以下显著增大400%,高于300℃时增大幅度减弱。②煤岩渗透率的应力敏感性随温度升高而降低,300℃时降低幅度达60%。③煤岩样品渗透率具有显著各向异性,且各向异性随着温度升高而增大。水平90°取向煤岩的渗透率是垂向煤岩的4.56倍,且随温度升高增大至6.14倍。④渗透率模型与实验结果的平均误差小于4.3%,随着温度升高基质膨胀对煤岩渗透率的贡献增强而热损伤的贡献率降低。本文研究结果明确了气化前缘煤岩的渗透率演化特征,可为UCG可行性评价及工艺优化提供指导。 展开更多
关键词 地下煤气化 渗透率 高温 应力敏感性 各向异性
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华阳二矿碎软低渗煤层大功率氮气定向钻进试验研究
10
作者 程卓尔 李泉新 +4 位作者 方俊 刘飞 杨伟锋 李帅帅 郭利佳 《煤炭工程》 北大核心 2025年第7期60-66,共7页
针对阳泉矿区煤层碎软低渗、瓦斯含量高、顺层长距离成孔难、抽采效果差等问题,以华阳二矿为示范矿井,在分析矿井瓦斯地质情况与抽采治理现状基础上,提出了采用大功率氮气定向钻进技术装备进行瓦斯抽采钻孔施工的总体方案,介绍了其技术... 针对阳泉矿区煤层碎软低渗、瓦斯含量高、顺层长距离成孔难、抽采效果差等问题,以华阳二矿为示范矿井,在分析矿井瓦斯地质情况与抽采治理现状基础上,提出了采用大功率氮气定向钻进技术装备进行瓦斯抽采钻孔施工的总体方案,介绍了其技术原理和技术优势,开发了复合定向轨迹控制工艺、复合高效排渣工艺、顺层长距离成孔工艺、定向钻孔长距离筛管护孔工艺等氮气定向钻进关键技术,对大功率定向钻机、制氮装置、大扭矩长寿命气动螺杆马达等大功率定向钻进装备进行了选型,制定了钻场设计、钻孔设计、装备配套、钻具组合等整体试验方案,并在华阳二矿81511进顺钻场进行了顺层钻孔大功率氮气定向钻进试验。试验结果表明,采用大功率氮气定向钻进技术装备可实现碎软低渗煤层内高效定向成孔和瓦斯抽采,施工完成定向钻孔主孔7个、分支孔13个,其中孔深350 m以上钻孔5个,最大孔深506 m,总进尺3363 m;成孔直径120 mm,全孔下入Φ32 mm筛管;试验钻场已稳定抽采超半年,瓦斯抽采浓度均超过50%,最大瓦斯抽采纯量达3.43 m^(3)/min,累计抽采瓦斯纯量达68.99×10^(4)m^(3),为阳泉矿区碎软低渗煤层瓦斯区域高效抽采治理提供了新的技术途径,可供类似条件矿井参考借鉴。 展开更多
关键词 碎软低渗煤层 氮气定向钻进 大功率定向钻机 制氮装置 瓦斯抽采
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深层煤岩气高效能变黏压裂液及在极限体积压裂中的推广应用
11
作者 林波 陈帅 +5 位作者 严向阳 陈萌琦 杜良军 陈恒 鲁红升 孙帅 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期1162-1174,共13页
极限体积压裂技术是深层煤岩气获得高产工业气流的有效手段,而压裂液是在该技术基础上充分“打碎”煤层、形成饱填砂复杂裂缝网络、实现煤岩增渗—促解吸的关键,充分满足现场工况、施工工艺和煤岩物性特征要求是煤岩气压裂液研究的重点... 极限体积压裂技术是深层煤岩气获得高产工业气流的有效手段,而压裂液是在该技术基础上充分“打碎”煤层、形成饱填砂复杂裂缝网络、实现煤岩增渗—促解吸的关键,充分满足现场工况、施工工艺和煤岩物性特征要求是煤岩气压裂液研究的重点。以高稳定性、速溶、低剂高效能和在线变黏一体化的减阻剂研发为着力点,通过无机盐刺激响应材料引入、开关型反相乳液聚合技术设计、多元共聚条件控制和促解吸剂复配等制备得到开关型乳液减阻剂。结合基础性能表征及评价,厘清了乳液减阻剂重要参数对压裂液性能的影响规律,确定水解度50%~55%、分子量1800万左右、有效质量分数29%~34%的优化条件,得到预期的煤岩气专用减阻剂SFY-2,稳定性提高至50 d以上,抗低温−15℃以下,溶解时间降低至10 s,3 min增黏率达90%以上且增黏能力强,解决了常规乳液减阻剂稳定性和速溶性之间的突出矛盾,也为深层煤岩气极限体积压裂在线一体化施工提供了保障。借助SFY-2优势,契合煤岩气极限体积压裂设计思路构建了高效能变黏压裂液体系,制定变黏控制方案和施工工艺优化,实现充分“打碎”煤岩,造复杂缝网并饱填砂有效支撑的目标。对压裂液性能评价表明:高黏液、中黏液在70℃、170 s^(−1)~1500 s^(−1)~100 s^(−1)模拟变剪切后黏度分别保持在35、20 mPa·s左右;高黏液、中黏液、低黏液降阻率分别可达66%、72%、77%以上,得益于压裂液良好的剪切稀释性,高剪切状态下高黏液、中黏液降阻率保持率超过100%;建立了压裂液悬砂性能与黏弹性参数tanδ的对应关系,当SFY-2体积分数超过0.2%(tanδ=0.84)后压裂液沉砂速度明显降低,体积分数达到0.4%(tanδ=0.395)后黏弹性显著,具有良好的携砂性能,利于高强度连续加砂进行缝网饱和支撑,并增大缝网有效改造体积;压裂液破胶后几乎无残渣,表面张力低至26 mN/m以下,破胶液可以有效改善煤岩表面润湿性,将接触角最高增大到108.2°,降低煤岩解吸伤害率最低至13%。该技术已在鄂尔多斯盆地深层煤储层累计施工超350井次(共2000余段/次),液体性能稳定,施工效率高,实时降阻率可达84.4%,加砂完成率高,增产效果显著,为实现深层煤岩气压裂技术进步及规模效益开发提供了强有力的支撑。 展开更多
关键词 深层煤岩气 极限体积压裂 复杂缝网改造 刺激响应 低黏高弹性 变黏控制 促解吸
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水力冲孔协同注气驱替强化瓦斯抽采技术及应用研究
12
作者 屈花荣 《煤炭工程》 北大核心 2025年第6期106-114,共9页
为提高低透煤层水力冲孔钻孔卸压瓦斯抽采效果,消除冲孔诱发的集中应力对瓦斯流动的负效应,提出了水力冲孔协同注气驱替强化瓦斯抽采方法。同时,为探讨影响水力冲孔协同注气驱替增抽瓦斯效果的因素,建立了多组分气体储运过程流-固耦合模... 为提高低透煤层水力冲孔钻孔卸压瓦斯抽采效果,消除冲孔诱发的集中应力对瓦斯流动的负效应,提出了水力冲孔协同注气驱替强化瓦斯抽采方法。同时,为探讨影响水力冲孔协同注气驱替增抽瓦斯效果的因素,建立了多组分气体储运过程流-固耦合模型,分析了不同冲孔钻孔等效直径、注气压力和钻孔间距对瓦斯增流和消突效果的影响规律。结果表明:冲孔钻孔等效直径越大,注气初期增流效果越显著;注气后期冲孔钻孔等效直径对增流效果的影响逐渐减小。注气时间小于25 d时,等效直径2.4 m条件瓦斯抽采纯量明显高于等效直径1.6 m条件。当注气时间大于25 d时,两种条件下的瓦斯抽采纯流量逐接近并在后期出现等效直径2.4 m条件瓦斯抽采纯流量小于1.6 m条件的现象。注气初期注气压力对增流效果影响不大;注气时间逐渐增大时,注气压力对增流效果的影响逐渐减小。钻孔间距对瓦斯增流和消突效果影响并不显著,但钻孔间距较大时可能出现增产滞后现象。因此,虽然较大的冲孔钻孔等效直径与注气压力条件,能有效缩短消突周期,但是注气驱替后期效果并不显著。现场工程试验结果表明,采用低透煤层水力冲孔与注气驱替协同增抽瓦斯技术后,钻孔瓦斯抽采流量最大提高至0.0325 m^(3)/min,增流44%~85%。与此同时,钻孔瓦斯抽采浓度最大提高至79.3%,浓度提高了103%~167%。 展开更多
关键词 低透煤层 水力冲孔 注气驱替 集中应力 多物理场耦合
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煤层顶板梳状定向长钻孔分段压裂增透抽采技术
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作者 刘军 《中国煤炭》 北大核心 2025年第5期88-95,共8页
针对碎软煤层钻孔施工困难、覆盖范围小、抽采效果不佳的难题,以韩城矿区为背景,在定向长钻孔技术和水力压裂技术的基础上,结合现场实际顶板情况,提出了煤层顶板梳状定向长钻孔分段压裂增透抽采技术,并在桑树坪二号井3310工作面成功试... 针对碎软煤层钻孔施工困难、覆盖范围小、抽采效果不佳的难题,以韩城矿区为背景,在定向长钻孔技术和水力压裂技术的基础上,结合现场实际顶板情况,提出了煤层顶板梳状定向长钻孔分段压裂增透抽采技术,并在桑树坪二号井3310工作面成功试验。试验结果表明,煤层顶板梳状定向长钻孔分段压裂技术有效解决了钻孔施工过程中塌孔、卡钻等现象,压裂影响范围为32~40 m,实现了煤层瓦斯大范围预抽;瓦斯抽采分为4个阶段,即缓慢增长阶段、快速增长阶段、衰减阶段和稳定阶段,稳定阶段平均瓦斯抽采纯量为1.2 m^(3)/min,平均抽采浓度为42.6%,百米钻孔瓦斯抽采纯量为0.101 m^(3)/min;与邻近工作面常规顺层钻孔瓦斯抽采相比,顶板定向梳状长钻孔分段水力压裂钻孔瓦斯抽采浓度和抽采纯量分别提高了1.8倍和4.2倍。 展开更多
关键词 煤层顶板 梳状长钻孔 分段压裂 增透抽采 碎软低渗
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煤层顶板间接压裂裂缝扩展机制及影响因素 被引量：10
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作者 李勇 陈涛 +1 位作者 马啸天 吴翔 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期171-182,共12页
碎软低渗煤层在我国普遍发育,制约煤层气单井产气量提高和产业发展。间接压裂是通过在邻近层产生垂直裂缝沟通煤层进而实现煤层有效改造的一种压裂方式,可以有效应对钻井塌陷、煤粉产出、压裂液滤失和煤层厚度薄等不利因素。通过间接压... 碎软低渗煤层在我国普遍发育,制约煤层气单井产气量提高和产业发展。间接压裂是通过在邻近层产生垂直裂缝沟通煤层进而实现煤层有效改造的一种压裂方式,可以有效应对钻井塌陷、煤粉产出、压裂液滤失和煤层厚度薄等不利因素。通过间接压裂物理模拟试验和扩展有限元数值模拟分析,揭示煤层顶板间接压裂裂缝扩展影响因素,明确裂缝扩展机制,以期为间接压裂技术提供指导。通过直接压裂煤层和不同起裂位置、垂向应力和施工排量影响下间接压裂试验表明,起裂压力高,更易产生长裂缝,且受原生裂缝影响程度减小;但起裂点距离煤层越远,起裂所需能量越大,高破裂压力会对煤层造成粉碎性破坏;大施工排量下,起裂压力对应升高,起裂时间变短,原生裂缝影响程度变小。考虑地应力、起裂位置、岩石力学和施工排量等参数的数值模拟结果显示,在模型参数设置条件下,最大水平主应力和垂向应力差在<4 MPa,煤层与顶板有效应力差>3 MPa、弹性模量差<15 GPa的地层和岩性组合适合间接压裂,起裂位置距离煤层最优距离为<6 m,施工排量需要根据力学性质、断裂能密度等参数确定最优范围。 展开更多
关键词 碎软低渗煤层 间接压裂 储层改造 裂缝扩展 数值模拟 压裂模拟 地应力
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深部高瓦斯煤层爆破致裂增透裂纹扩展规律研究 被引量：5
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作者 张鑫 刘泽功 +4 位作者 张健玉 傅师贵 乔国栋 杨帅 常帅 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期89-100,共12页
针对深部高瓦斯煤层在地应力作用下爆破增透时裂纹扩展规律尚不明确的问题,首先根据爆破应力波的传播和叠加,从理论上分析了地应力和爆破荷载耦合作用下炮孔周围的应力分布规律;然后通过室内试验研究了不同地应力条件下单孔爆破裂纹扩... 针对深部高瓦斯煤层在地应力作用下爆破增透时裂纹扩展规律尚不明确的问题,首先根据爆破应力波的传播和叠加,从理论上分析了地应力和爆破荷载耦合作用下炮孔周围的应力分布规律;然后通过室内试验研究了不同地应力条件下单孔爆破裂纹扩展特征,在此基础上,对不同侧压系数下双孔爆破裂纹扩展机理以及贯通过程进行数值模拟研究,并结合ImageJ图像识别软件和LS-Pre-Post软件,以裂纹密度和扩展长度为量化指标表征地应力对裂纹发育程度的影响;最后根据室内试验和数值模拟研究结果,给出考虑地应力影响下的煤层爆破致裂增透爆破孔布置方案建议。单孔爆破室内试验结果表明:地应力可以减小爆破荷载引起的拉应力,从而抑制裂纹扩展;在非静水地应力条件下,与较大主应力方向正交的拉应力受到削弱,导致该方向的裂纹扩展受到抑制,使裂纹优先向高应力方向扩展;双孔爆破数值模拟研究结果表明:侧压系数不为1时,爆生裂纹扩展呈现出方向性,主裂纹倾向于向较高地应力方向扩展,造成爆破裂纹区域呈椭圆形,长轴和较大地应力方向一致。根据室内试验和数值计算结果,在深部煤层进行爆破致裂增透时,宜沿较大地应力方向钻孔,有利于提高爆破致裂增透效果。研究成果对深部高瓦斯煤层爆破增透时了解裂纹扩展机理以及优化炮孔布置方案具有指导意义。 展开更多
关键词 高瓦斯煤层 地应力 裂纹扩展 裂隙区范围 爆破增透
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低透气性煤层高压脉冲射流割缝-压裂增透技术应用研究 被引量：2
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作者 秦江涛 覃俊 +1 位作者 龙称心 郭邵金 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第5期23-28,共6页
针对盘州平关镇大坪煤矿18采区20号煤层复杂地质条件及瓦斯抽采难题,提出一种高压脉冲射流割缝导向压裂增透技术。为验证该技术效果,分析了其增透技术机理,并设计了4种试验方案进行对比分析。结果表明,采用高压脉冲射流割缝导向压裂方... 针对盘州平关镇大坪煤矿18采区20号煤层复杂地质条件及瓦斯抽采难题,提出一种高压脉冲射流割缝导向压裂增透技术。为验证该技术效果,分析了其增透技术机理,并设计了4种试验方案进行对比分析。结果表明,采用高压脉冲射流割缝导向压裂方案在瓦斯抽采效果方面显著优于其他方法,与普通抽采、高压脉冲射流割缝、高压水力压裂抽采瓦斯相比,其平均每日抽采瓦斯浓度分别提高了3.01倍、1.41倍和1.67倍;平均每日抽采瓦斯纯流量也相应提升了2.86倍、1.42倍和1.62倍。经过90 d的抽采,该方案的抽采影响半径达到了5.06 m,分别为普通抽采、高压脉冲射流割缝和高压水力压裂抽采方案的2.56倍、1.25倍和1.29倍;在抽采效果相同的条件下,钻孔施工时间分别比普通抽采、高压脉冲射流割缝和高压水力压裂方案缩短了60%、32%和20%,瓦斯抽采达标所需时间分别比普通抽采、高压脉冲射流割缝和高压水力压裂方案缩短了70%、50%和62%。高压脉冲射流割缝导向压裂技术对低透气性煤层瓦斯治理效果较为理想,可供类似矿井借鉴。 展开更多
关键词 低透气性煤层 瓦斯抽采 煤体增透 高压脉冲射流割缝 高压水力压裂
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低透气煤层无泵式钻扩一体化增透技术与钻具研究 被引量：2
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作者 田东庄 杨文佳 田宏杰 《中国煤炭》 北大核心 2024年第5期73-76,共4页
针对在低透气煤层常规机械掏穴、水力冲孔等增透施工中存在的施工效率低、掏穴装置稳定性差以及需要配备高压泵等问题,提出了无泵式钻扩一体化增透施工技术,研制了配套的双通道送水器、双通道钻杆和造穴装置,并进行了现场工业性试验。... 针对在低透气煤层常规机械掏穴、水力冲孔等增透施工中存在的施工效率低、掏穴装置稳定性差以及需要配备高压泵等问题,提出了无泵式钻扩一体化增透施工技术,研制了配套的双通道送水器、双通道钻杆和造穴装置,并进行了现场工业性试验。结果表明:钻扩一体化增透施工技术在煤矿井下静压水条件下,可实现一趟下钻完成先导孔和机械掏穴的同时作业,解决了常规掏穴装置刀翼开合不稳定、必须配套高压泵的问题,降低了该技术的使用成本;研发的双通道送水器、双通道钻杆和造穴装置工作灵活稳定且可靠性高,造穴段单孔直接扩大至原常规钻孔孔径的4.4倍,显著提升了瓦斯抽采效果,该技术的成功应用为煤矿井下低透气煤层瓦斯抽采钻孔施工提供了技术支撑。 展开更多
关键词 低透气煤层 钻扩一体化 增透技术 瓦斯抽采 钻孔施工
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低频振动激励煤体共振增渗实验系统研制及应用
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作者 温志辉 郭树乾 +4 位作者 魏建平 张铁岗 王建伟 张立博 任永婕 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期31-40,共10页
【目的】振动波激励煤体共振增渗技术作为一种新兴的绿色高效增渗手段,利用低频振动所产生的应力波激励煤体使其孔裂隙发育,渗透率提升。为研究激励频率、应力场及共振效应等因素对增渗效果的影响,探明低频振动激励煤体共振增渗机制,自... 【目的】振动波激励煤体共振增渗技术作为一种新兴的绿色高效增渗手段,利用低频振动所产生的应力波激励煤体使其孔裂隙发育,渗透率提升。为研究激励频率、应力场及共振效应等因素对增渗效果的影响,探明低频振动激励煤体共振增渗机制,自主设计研发了低频振动激励煤体增渗实验系统。【方法】该实验系统包括主机控制单元、煤样夹持单元、振动激励单元与煤体振动参数监测单元四个部分,可以测试煤体的固有频率、模拟不同强度的激励条件和实时监测振动激励下煤体的振动响应特征。以河南焦作赵固二矿无烟煤样品为研究对象,利用该实验系统开展煤体固有频率测试实验及低频振动激励下煤体渗流实验,揭示在不同激振参数、应力大小等因素下低频振动激励煤体渗透特性变化规律,实现煤体原位受迫振动,通过监测煤体振动响应特征,观测煤体在低频振动激励下所出现的共振效应,并结合工业CT扫描技术,阐明煤体共振致裂增渗的影响机制。【结果和结论】实验结果表明:(1)低频振动作用促使煤体渗透率上升,越靠近煤岩损伤的临界失稳状态时低频振动激励下煤体增渗效果越好。(2)当低频振动激励频率与煤体固有频率(20 Hz)相接近时煤体产生共振效应,煤体受迫共振后加速度响应加大,煤岩体内部的微裂隙逐渐扩展,煤基质内部的孔裂隙连通,使得其渗透率提升效果显著。上述实验结果及实验设备的研发,可以揭示低频振动激励煤体共振增渗的影响机制,为低渗煤层瓦斯高效抽采提供理论指导。 展开更多
关键词 煤体 低频振动 固有频率 应力波 共振增渗 瓦斯高效抽采
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中国海油低渗及非常规油气藏储层改造技术进展及展望 被引量：19
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作者 孙福街 徐文江 +1 位作者 姜维东 郑强 《中国海上油气》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期109-116,共8页
中国海上低渗及非常规油气开发存在产能低、投资大、操作费用高、收益较低及单井经济任务重等问题。经过技术攻关,中国海油形成了平台压裂、钻井船压裂和拖轮压裂等海上储层改造作业模式,研发出集海上低渗储层改造液体系、海上控水支撑... 中国海上低渗及非常规油气开发存在产能低、投资大、操作费用高、收益较低及单井经济任务重等问题。经过技术攻关,中国海油形成了平台压裂、钻井船压裂和拖轮压裂等海上储层改造作业模式,研发出集海上低渗储层改造液体系、海上控水支撑剂技术、低渗储层压裂管柱设计和海上储层改造监测技术为一体的海上低渗储层改造技术,以及适用于陆上深煤层大规模压裂技术。本文综述了中国海上低渗油气储层改造技术及陆上深煤层大规模压裂技术研究进展,展望了未来储层改造重点发展方向,对推动中国海油低渗及非常规油气开发技术进步有重要指导意义。 展开更多
关键词 海上低渗油藏 非常规油气 陆上深煤层 储层改造 压裂
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特低渗透滩坝砂油藏超前压驱技术及其应用 被引量：6
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作者 张世明 杨勇 +3 位作者 曹小朋 刘海成 王建 孙志刚 《大庆石油地质与开发》 CAS 北大核心 2024年第3期193-202,共10页
胜利油田在特低渗透滩坝砂油藏创新提出一种“超前压驱”的开发技术模式,并取得高产稳产的应用效果。针对高产稳产的致效机制,开展了物理模拟、数值模拟和矿场应用对比研究,分析高压力系数条件下油水井间压力剖面的建立和水井先压驱条... 胜利油田在特低渗透滩坝砂油藏创新提出一种“超前压驱”的开发技术模式,并取得高产稳产的应用效果。针对高产稳产的致效机制,开展了物理模拟、数值模拟和矿场应用对比研究,分析高压力系数条件下油水井间压力剖面的建立和水井先压驱条件下储层应力场的改变及其对油井产能的影响。结果表明:高压力系数构建连续稳定的驱替压力剖面、超前压驱变应力场油井差异造缝是高产稳产的两大致效机制,在高压力系数条件下,有利于压力与介质协同传导,同时高压压头前移,有利于克服启动压力梯度,形成连续稳定的压力剖面;在超前压驱注水条件下,高油藏压力可有效降低储层的破裂压力,易形成复杂缝网,同时改变储层地应力场的大小和分布,进而影响油井压裂裂缝展布及产能。研究成果揭示了超前压驱高产稳产的致效机制,对特低渗透滩坝砂油藏的规模效益建产具有重要的指导意义。 展开更多
关键词 超前压驱 滩坝砂油藏 特低渗透 高压力系数 压力剖面 地应力 胜利油田
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