岩土力学 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (4): 1071-1083.doi: 10.16285/j.rsm.2024.0756CSTR: 32223.14.j.rsm.2024.0756
王刚1, 2,王恩茂1,隆清明3,徐浩1, 2,陈雪畅1,刘昆轮4
WANG Gang1, 2, WANG En-mao1, LONG Qing-ming3, XU Hao1, 2, CHEN Xue-chang1, LIU Kun-lun4
摘要: 煤体是多孔介质结构,水力压裂过程中液体会沿原生孔裂隙流失,即滤失效应,降低水力压裂施工效果。同时,煤层水力压裂压力变化与裂隙扩展之间的对应关系没有形成体系,无法准确判断水力压裂对煤体的损伤情况。为此,以乌东煤矿为研究背景,采用理论分析、实验室试验以及现场试验的技术手段,首先,以岩石力学圆孔问题围岩应力分析理论和煤体渗流理论为基础,结合孔壁应力集中诱发拉伸破裂准则理论,分析考虑滤失条件下的水力压裂起裂机制;其次,开展急倾斜顶煤水力压裂试验,依据试验煤样裂隙扩展情况,判断急倾斜顶煤压力曲线与煤岩体的破断关系;再次,开展现场水力压裂试验,进一步判断现场压力曲线与顶煤破断之间的关系;最后,总结分析出4种压力曲线演化规律,作为判断煤岩体水力压裂效果的依据。研究结果表明:当钻孔内部注水压力达到煤岩抗拉强度相等的拉应力时,孔壁出现首次开裂。水力压裂过程中,注水流量必须大于滤失量,且注水速率越大,憋压过程所用时间越短。压力曲线可划分为4种类型:①一次起裂型,②裂隙导通型,③流体滤失型,④二次起裂型。在压裂过程中流体滤失型占比越小压裂效果越优。该研究结果能够为现场水力压裂对煤体损伤效果提供判断依据。
中图分类号: TU 452| [1] | 唐梅荣, 张广清, 张敏, . 多水平井立体化水力压裂缝网空间分布特征试验研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(8): 2449-2458. |
| [2] | 申林方, 华涛, 王志良, 李松波, 陈骞. 参数空间变异性对岩石水力压裂裂隙扩展形态的影响[J]. 岩土力学, 2025, 46(4): 1294-1302. |
| [3] | 刘宇鹏, 常鑫, 杨春和, 郭印同, 侯振坤, 李双明, 贾长贵, . 走滑应力特征下川南深层页岩高温真三轴压裂物理模拟试验[J]. 岩土力学, 2025, 46(10): 3104-3116. |
| [4] | 陈骞, 王志良, 申林方, 华涛, 李邵军, 徐则民, . 基于热力耦合的近场动力学方法高温岩石水力压裂数值模拟[J]. 岩土力学, 2024, 45(8): 2502-2514. |
| [5] | 吕茂淋, 朱珍德, 周露明, 葛鑫梁, . 基于相场法的预制双裂隙岩体水力压裂扩展数值模拟研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(6): 1850-1862. |
| [6] | 华涛, 申林方, 王志良, 李泽, 徐则民. 基于近场动力学的岩石水力压裂数值模拟及裂隙网络定量分析[J]. 岩土力学, 2024, 45(2): 612-622. |
| [7] | 陈磊, 张广清, 张敏, 曹庾杰, 谌立吉, . 水力裂缝穿越非连续面扩展时的断裂过程研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(1): 159-170. |
| [8] | 周培尧, 潘丽燕, 陈华生, 王斌, 邹志坤, 张敏, . 薄互层水力裂缝垂向扩展控制因素试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 299-306. |
| [9] | 吴飞鹏, 范贤章, 徐尔斯, 杨涛, 颜丙富, 刘静, . 压裂液高压渗滤对砂岩基质损伤演化的 细观力学分析[J]. 岩土力学, 2021, 42(12): 3238-3248. |
| [10] | 邵长跃, 潘鹏志, 赵德才, 姚天波, 苗书婷, 郁培阳, . 流量对水力压裂破裂压力和增压率的影响研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2411-2421. |
| [11] | 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. |
| [12] | 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. |
| [13] | 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. |
| [14] | 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. |
| [15] | 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. |
|
||