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煤系致密粉砂岩N_(2)泡沫压裂特性试验
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作者 肖贺成 梁卫国 +2 位作者 李文达 王在勇 柴望阳 《煤炭学报》 北大核心 2025年第3期1683-1694,共12页
低用水量、低储层伤害、高返排效率的泡沫压裂是低压、低渗、强水敏煤系储层开发的潜在技术之一,但相关研究与应用主要聚焦于泡沫稳定性与流变性能优化,其压裂增渗特征研究不足。鉴于此,开展了不同泡沫干度(泡沫中气体体积分数)的N_(2)... 低用水量、低储层伤害、高返排效率的泡沫压裂是低压、低渗、强水敏煤系储层开发的潜在技术之一,但相关研究与应用主要聚焦于泡沫稳定性与流变性能优化,其压裂增渗特征研究不足。鉴于此,开展了不同泡沫干度(泡沫中气体体积分数)的N_(2)泡沫、清水与N_(2)气体压裂煤系致密粉砂岩的裂缝起裂扩展规律对比研究,并评价了裂缝面形态和导流能力特征。结果表明:①泡沫为气液混合物,其压缩性介于清水和N_(2)气体之间,且泡沫干度越高,压缩性越强,压裂增压时间越长;②泡沫呈现高黏、低滤失特性,其岩石破裂压力高于清水和N_(2)气体,且岩石破裂压力与泡沫干度正相关,泡沫干度越高,岩石破裂压力越高;③压裂液排量影响岩石破裂压力,40、20mL/min排量下,90%干度泡沫的破裂压力分别高于清水15.66、6.08MPa;④泡沫压裂的水力输入能量和声发射能量高于清水,且随着泡沫干度升高,其破裂时的最大和累积声发射能量均越大;⑤纯N_(2)气体压裂致密粉砂岩的水力输入能量最高,但主要用于气体压缩,其破裂时的声发射能量最低,压后重注压力高,造缝能力弱。泡沫干度提高,无因次裂缝面积和粗糙度均增加,进而泡沫压裂裂缝导流能力高于清水和N_(2)气体。强水敏储层泡沫流体可替代常规水基高黏压裂液,形成粗糙度和面积更大的高导流裂缝,可为强水敏煤系储层高效压裂增渗开采提供理论指导。 展开更多
关键词 煤系储层 N_(2)泡沫压裂 泡沫干度 裂缝形态 导流能力
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倾斜煤层群覆岩“三场”非对称特征及靶向抽采机制 被引量:10
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作者 冉启灿 梁运培 +1 位作者 邹全乐 张碧川 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期177-192,共16页
倾斜煤层群“三场”(应力场、位移场和裂隙场)演化规律较为复杂,对卸压瓦斯运移和储集具有重要意义。为了探究倾斜煤层群“三场”演化规律,研究以新疆1930煤矿为对象,开展了倾斜煤层群多重采动相似模拟实验。分析了上覆岩层垮落形态,获... 倾斜煤层群“三场”(应力场、位移场和裂隙场)演化规律较为复杂,对卸压瓦斯运移和储集具有重要意义。为了探究倾斜煤层群“三场”演化规律,研究以新疆1930煤矿为对象,开展了倾斜煤层群多重采动相似模拟实验。分析了上覆岩层垮落形态,获得了覆岩应力演化特征,分析了覆岩位移分布和移动方向特征,阐明了采动裂隙分布特征。进而探究了三场演化规律对瓦斯运移的影响,并开展了定向钻孔瓦斯抽采现场试验进行验证。研究结果表明:倾斜煤层群多重采动下,采动裂隙矩形梯台呈现明显的非对称特征。低位侧覆岩应力变化较大,随开采次数增加,卸压效应更为明显,而高位侧覆岩应力变化较小;结合重力−倾角效应,高位侧覆岩更易破坏,垮落次序优先,呈非对称特征。覆岩位移分布呈非对称特征,高位侧位移显著且移动方向变化较大。高位侧裂隙区网格内采动裂隙频数明显高于低位侧;高位侧裂隙区破断裂隙分布更多,且开度较大;采动裂隙呈“高位扩展−低位压缩”的非对称特征。多重采动使得“三场”非对称特征更为显著。此外,覆岩贯通度存在“慢速减小−快速减小”的现象。基于“三场”演化特征和瓦斯运移的关系,揭示了瓦斯抽采靶向优选机制。结合试验结果,构建了基于“三场”演化规律的裂隙带瓦斯抽采靶点区判定流程。现场瓦斯抽采效果良好,保证了工作面安全高效回采。研究结果为倾斜煤层群卸压瓦斯精准抽采提供了理论参考,旨在提高倾斜煤层群瓦斯抽采量,防止上隅角瓦斯超限,实现倾斜煤层群安全高效开采。 展开更多
关键词 倾斜煤层群 覆岩移动 采动裂隙 非对称特征 瓦斯抽采
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基于PFC^(3D)的花岗岩剪切破裂细观裂隙与能量演化规律探究 被引量:5
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作者 郭纪哲 冯增朝 李学成 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期60-70,共11页
为了探究法向应力对岩石剪切过程中细观损伤演化的影响,开展了不同法向应力作用下的花岗岩直剪试验与PFC^(3D)数值模拟试验,结合声发射信号监测及声发射信息特征值RA(上升时间与振幅的比值)与AF(声发射振铃计数与持续时间的比值)的分析... 为了探究法向应力对岩石剪切过程中细观损伤演化的影响,开展了不同法向应力作用下的花岗岩直剪试验与PFC^(3D)数值模拟试验,结合声发射信号监测及声发射信息特征值RA(上升时间与振幅的比值)与AF(声发射振铃计数与持续时间的比值)的分析,对花岗岩在不同法向应力作用下剪切变形过程中细观微裂纹及能量演化特征进行了研究,研究结果表明:基于平行黏结接触模型建立的PFC^(3D)模型,不仅在宏观力学参数与破坏模式上与岩石物理试验相近,而且在岩石细观裂纹与能量演化规律上也与岩石物理试验基本一致;花岗岩剪切破坏过程中主要产生张拉裂纹,峰值应力点前产生的微裂纹只占裂纹总数的10%~30%,且法向应力越大,峰值应力点前岩石内部产生的微裂纹数量越少;花岗岩剪切变形过程中,声发射信号可以分为平静期、稳定期和加速期,法向应力越大,平静期越明显,即法向应力对岩石内部微裂纹的生成起抑制作用;随着法向应力的增大,花岗岩剪切破坏过程中,声发射累计振铃计数与岩石内部微裂纹总数均逐渐增大;随着法向应力的增大,花岗岩剪切破坏过程中产生的剪切裂纹数量及其占微裂纹总数的比例均逐渐增加;花岗岩剪切变形过程中外力做功转化为弹性能与耗散能,随着法向应力增大,岩石剪切破坏所需总能量逐渐增大,弹性能与耗散能近似线性增大,且其中耗散能所占的比例逐渐增大。 展开更多
关键词 岩石力学 细观裂隙 花岗岩 直剪试验 PFC^(3D)模拟
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综放开采顶煤破碎放煤工艺参数优化研究 被引量:4
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作者 刘国方 宋选民 +1 位作者 李昊城 曹健洁 《中国矿业》 2021年第12期90-97,共8页
提高顶煤回收率是综放开采技术的关键,而顶煤的破碎程度及破碎后的放煤对顶煤回收率有着重要影响。因此,研究厚煤层综放开采顶煤时,不同工艺参数下的破坏机理、破碎程度及放出规律,对于实现综放开采工作面的高产高效具有重要意义。本文... 提高顶煤回收率是综放开采技术的关键,而顶煤的破碎程度及破碎后的放煤对顶煤回收率有着重要影响。因此,研究厚煤层综放开采顶煤时,不同工艺参数下的破坏机理、破碎程度及放出规律,对于实现综放开采工作面的高产高效具有重要意义。本文以王家岭煤矿2#煤层12309综放开采工作面为研究背景,通过理论计算与相似模拟试验相结合的方法,得出合理的放煤步距为0.865 m;并在合理机采高度和放煤步距的基础上研究了不同的放煤方式,得出最合理的放煤工艺为一采一放;最后基于研究得出的放煤工艺参数对王家岭煤矿2#煤层12309综放开采工作面放煤进行数值模拟,其顶煤回收率和含矸率分别为90.6%和7.2%。考虑到现场放煤控制难易程度及工作面的生产效率,确定出合理的放煤方式为单轮间隔放煤方式。 展开更多
关键词 综放开采 数值模拟 顶煤回收率 工艺参数
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高低温循环冲击作用下砂岩孔裂隙结构的演化特征
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作者 汪家畅 康健婷 +4 位作者 康天合 郑亚炜 晏嘉欣 张慧慧 梁晓敏 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期139-147,共9页
我国煤系气储量丰富,但煤系气藏复杂的地质条件使得对单一含气系统的开采成本高、效率低,对多种含气系统难以合层共采。如何提高煤系储层的渗透性与兼容性是开发煤系气的关键问题。为探讨改善煤系储层结构的有效方法,研究了在高温200℃... 我国煤系气储量丰富,但煤系气藏复杂的地质条件使得对单一含气系统的开采成本高、效率低,对多种含气系统难以合层共采。如何提高煤系储层的渗透性与兼容性是开发煤系气的关键问题。为探讨改善煤系储层结构的有效方法,研究了在高温200℃、低温-196℃循环冲击作用下煤层顶板砂岩孔裂隙的演化特征,使用工业显微CT对高低温冲击作用前后砂岩试样孔裂隙的发育过程进行了表征。利用数字图像和三维重构技术,对冲击前后试样的CT数据进行了滤波和均值化等处理,定性和定量分析了0、1、5、10、15次高低温度冲击后砂岩孔裂隙体积、表面积、孔隙率和孔裂隙分布复杂度分形维数的变化。研究结果表明:(1)高低温循环冲击促使砂岩试样孔裂隙发育、扩展、连通和次生裂隙的萌生,冲击作用有助于微小孔裂隙扩展形成较大的宏观裂隙。(2)砂岩孔裂隙体积、表面积、孔隙率和孔裂隙分布复杂度分形维数随温度冲击次数的增加呈对数规律变化,其增长幅度呈先增大后减小的趋势,在第5次冲击作用后其面积和孔隙率增幅达到最大,分别为15.48%,20.98%。(3)高低温循环冲击作用减弱了砂岩基体间的束缚力,打破了其原有的静态平衡,试样孔隙率随扫描层数的变化曲线演变为类“C”状,表明砂岩两端的束缚力衰减幅度更大。 展开更多
关键词 高低温冲击 CT扫描 三维重构 孔裂隙结构 储层增透
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