›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (7): 1907-1913.

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

煤矿井下水力压裂钻孔封孔力学模型及试验研究

葛兆龙1,梅绪东1,卢义玉1,夏彬伟1,陈久福2   

  1. 1. 重庆大学 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400030;2. 重庆市能源投资集团公司 重庆松藻煤电有限责任公司,重庆 401445
  • 收稿日期:2013-10-09 出版日期:2014-07-10 发布日期:2014-07-11
  • 作者简介:葛兆龙,男,1983年生,博士,讲师,主要从事煤层气开发及煤矿瓦斯灾害治理的研究
  • 基金资助:

    大型油气田及煤层气开发十二五国家科技重大专项(No. 2011ZX05065);国家自然科学基金项目(No. 51374258);中央高校基本科研业务费(No. CDJZR12240056)。

Mechanical model and test study of sealed drilling for hydraulic fracturing in underground coal mines

GE Zhao-long1,MEI Xu-dong1,LU Yi-yu1,XIA Bin-wei1,CHEN JIU-fu2   

  1. 1. State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control, Chongqing University, Chongqing 400030, China; 2. Songzao Coal-Electricity Co., Ltd., Chongqing Energy Investment Group, Chongqing 401445, China
  • Received:2013-10-09 Online:2014-07-10 Published:2014-07-11

摘要: 针对目前煤矿井下水力压裂钻孔封孔理论缺乏,封孔材料密封效果差、成本高,封孔长度不合理等问题,建立了水力压裂钻孔封孔力学模型,得出封孔材料能够承受的最大水压与封孔材料性质、封孔长度等参数之间的关系。综合分析了密封条件、抽采条件以及施工条件下压裂孔的合理封孔长度,并进行现场试验验证。结果表明:封孔材料性质和封孔长度是影响封孔材料能够承受最大水压的主要因素,封孔材料能够承受的最大水压随封孔材料强度、弹性模量以及封孔长度的增大而增大;当封孔长度达到某一定值后,封孔材料能够承受的最大水压随封孔长度的增大而趋于定值。以重庆松藻矿区为例,确定出穿层压裂孔的合理封孔长度为10 m,本煤层压裂孔的合理封孔长度为13 m,现场试验结果与理论分析基本一致。

关键词: 突出煤层, 瓦斯抽采, 水力压裂, 封孔材料, 封孔长度

Abstract: Considering the problems of lacking sealing theory, poor effect and high cost of sealing material and unreasonable sealing length for hydraulic fracturing drilling sealing in mine, mechanical models of sealed drilling for hydraulic fracturing were established. Relationships between the maximum bearing capacity of sealing material and sealing material property, sealing length were obtained. The reasonable sealing lengths of hydraulic fracturing under the sealed conditions, drainage conditions and constructional conditions were analyzed; and the field experiments were conducted. The results show that sealing material property and sealing length are the main factors influencing the maximum bearing capacity of sealing material. The maximum bearing capacity of sealing material increases with the increase of the strength of sealing material, the elasticity modulus and the sealing length. However, when the sealing length reaches a certain value, the maximum bearing capacity of sealing material verges to a constant value along with the increase of the sealing length. Taking Chongqing Songzao mine area as an example, the reasonable sealing length of crossing boreholes for hydraulic fracturing is considered to be 10 m; and the reasonable sealing length of coal seam boreholes for hydraulic fracturing is considered to be 13 m. The results of field experiment and the theoretical analysis are virtually consistent.

Key words: outburst coal seam, gas extraction, hydraulic fracturing, sealing material, sealing length

中图分类号: 

  • TD 712
[1] 彭守建, 郭世超, 许江, 郭臣业, 张超林, 贾立, . 采动诱导应力集中对顺层钻孔瓦斯抽采 影响的试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 99-108.
[2] 武晋文, 冯子军, 梁栋, 鲍先凯, . 单轴应力下带钻孔花岗岩注入高温蒸汽 破坏特征研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2637-2644.
[3] 张钰彬, 黄丹. 页岩水力压裂过程的态型近场动力学模拟研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2873-2881.
[4] 张 帆, 马 耕, 冯 丹, . 大尺寸真三轴煤岩水力压裂模拟试验 与裂缝扩展分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1890-1897.
[5] 徐辰宇, 白 冰, 刘明泽, . 注CO2条件下花岗岩破裂特征的试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1474-1482.
[6] 李 栋, 卢义玉, 荣 耀, 周东平, 郭臣业, 张尚斌, 张承客, . 基于定向水力压裂增透的大断面瓦斯 隧道快速揭煤技术[J]. 岩土力学, 2019, 40(1): 363-369.
[7] 梁天成,刘云志,付海峰,严玉忠,修乃岭,王 臻. 多级循环泵注水力压裂模拟实验研究[J]. , 2018, 39(S1): 355-361.
[8] 王 刚,徐 浩,武猛猛,王 锐,宋 相,周晓华,. 基于不同弹性本构方程的塑性区宽度及封孔长度研究[J]. , 2018, 39(7): 2599-2608.
[9] 程 万, 蒋国盛, 周治东, 魏子俊, 张 宇, 王炳红, 赵 林, . 水平井中多条裂缝同步扩展时裂缝竞争机制[J]. 岩土力学, 2018, 39(12): 4448-4456.
[10] 姜婷婷,张建华,黄 刚, . 煤岩水力压裂裂缝扩展形态试验研究[J]. , 2018, 39(10): 3677-3684.
[11] 许 江,苏小鹏,彭守建,刘义鑫,冯 丹,刘龙荣, . 卸压区不同钻孔长度抽采条件下瓦斯运移特性试验[J]. , 2018, 39(1): 103-111.
[12] 许 江,刘龙荣,彭守建,冯 丹,苏小鹏,张 兰, . 不同吸附性气体抽采过程中煤储层参数演化特征研究[J]. , 2017, 38(6): 1647-1656.
[13] 严成增. 模拟水压致裂的另一种二维FDEM-flow方法[J]. , 2017, 38(6): 1789-1796.
[14] 陈江湛,曹 函,孙平贺,吴晶晶, . 三轴加载下煤岩脉冲水力压裂扩缝机制研究[J]. , 2017, 38(4): 1023-1031.
[15] 马 耕,张 帆,刘 晓,冯 丹,张鹏伟,. 地应力对破裂压力和水力裂缝影响的试验研究[J]. , 2016, 37(S2): 216-222.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 楚锡华,徐远杰. 基于形状改变比能对M-C准则与 D-P系列准则匹配关系的研究[J]. , 2009, 30(10): 2985 -2990 .
[2] 刘豆豆,陈卫忠,杨建平,谭贤君,周喜德. 脆性岩石卸围压强度特性试验研究[J]. , 2009, 30(9): 2588 -2594 .
[3] 王桂尧,李 斌,罗 军,付宏渊. 粉土基质吸力的新型量测装置与土-水特征研究[J]. , 2010, 31(11): 3678 -3682 .
[4] 卢应发,陈朱蕾,谢文良,吕志中. 垃圾卫生填埋中的一些岩土工程技术[J]. , 2009, 30(1): 91 -98 .
[5] 贾 强,应惠清,张 鑫. 锚杆静压桩技术在既有建筑物增设地下空间中的应用[J]. , 2009, 30(7): 2053 -2057 .
[6] 路军富,王明年,贾媛媛,喻 渝,谭忠盛. 高速铁路大断面黄土隧道二次衬砌施作时机研究[J]. , 2011, 32(3): 843 -848 .
[7] 党发宁 ,梁昕宇 ,田 威 ,陈厚群. 混凝土随机骨料模型尺寸效应的细观数值分析[J]. , 2009, 30(S2): 518 -523 .
[8] 王成华,安建国. 含扩径桩的群桩基础竖向承载性状数值分析[J]. , 2011, 32(S2): 580 -585 .
[9] 方 焘 ,刘新荣 ,耿大新 ,罗 照 ,纪孝团 ,郑明新 . 大直径变径桩竖向承载特性模型试验研究(I)[J]. , 2012, 33(10): 2947 -2952 .
[10] 胡万雨 ,陈向浩 ,林 江 ,况磊强 . 瀑布沟水电站砾石土心墙初次蓄水期原位钻孔渗流试验研究[J]. , 2013, 34(5): 1259 -1263 .