煤层气井水力压裂能量传递与均衡消突机理
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:41872169
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:66.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:D0208.煤地质学
- 结题年份:2022
- 批准年份:2018
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2019-01-01 至2022-12-31
- 项目参与者:李冰; 任建刚; 刘见宝; 郭士礼; 曲艳伟;
- 关键词:
项目摘要
The hydraulic fracturing of coalbed gas well is the main measure for the improvement and penetration of coal reservoir, and one of the main measures to eliminate the prominent danger in coal seam. The results show that the results are influenced by the physical properties of coal reservoir, the redistribution of stress field and the energy transfer and equilibrium of coal reservoir and etc. Previous studies have focused on the method, mechanism and influencing factors of coal reservoir fracturing, lack of hydraulic fracturing to coal reservoir energy accumulation and dissipation control and coal reservoir destruction mechanism, especially the ground fracturing corresponding to the underground area of the method and the effect of evaluation lack of effective theoretical support. This project selects No. 3 coal seam in Lu'an mining area of Qinshui Basin as the research object, adopts the method of laboratory experiment, numerical simulation and theoretical analysis, through the test experiment of coal body structure and rock mechanics characteristic after water leaching. The experiments of adsorption / desorption and desorption/ deformation of coal body after water leaching, the test and simulation of stress redistribution before and after fracturing, the numerical characterization of coal structure after fracturing, the model of energy accumulation and equalization transfer are established. The energy equilibrium model of coal reservoir under different fracturing scales is discussed. The physical and mechanical properties of coal body after coal seam fracturing are revealed, the essence of energy accumulation is related to equilibrium mode and outburst elimination index, and the mechanism of outburst suppression by hydraulic fracturing in coalbed methane wells is expounded. It provides theoretical guidance for underground coal and gas outburst prevention and metallurgy in the fracturing area of surface coalbed methane extraction well.
水力压裂即是煤储层改造、增透的主要措施,也是煤层消除突出危险性的主要措施之一。煤储层压裂改造后其消突效果受压裂后煤储层的物理性质、地应力场再分布及压裂过程中煤储层能量传递与均衡等因素影响。以往研究多集中在煤储层压裂增透方式、机理及其影响因素,缺乏水力压裂对煤储层能量聚积与耗散控制机理研究,尤其是压裂区对应井下区域的消突方式及消突效果判定缺乏有效的理论支撑。本项目选取潞安矿区3号煤层为研究对象,采用室内实验、数值模拟及理论分析相结合的方法,通过水浸后煤体结构及其岩石力学特性测试实验,水浸后煤体吸附/解吸与解吸/变形实验、压裂前后地应力再分布测试与模拟实验,建立压裂后能量聚积与均衡传递模型,探讨不同压裂尺度下煤储层能量均衡模型,揭示煤层压裂后煤体物理力学性质变化、能量聚积与均衡方式和消突指标关联实质,阐明煤层气井水力压裂消突机理,对煤层气井压裂区井下煤与瓦斯突出防治提供理论指导。
结项摘要
本项目研究目标是揭示煤层气井水力压裂对瓦斯的消突机理。在煤岩力学变形特征、裂缝扩展动态演化研究的基础上,探讨了煤储层能量扩散、传递与均衡消突机理,建立了水力压裂煤储层能量均衡的消突指标与压裂消突能量时效模型,为低渗煤层瓦斯综合治理提供理论基础。取得的主要认识如下:(1)通过地质分析、微震监测、数值模拟等方法,研究了压裂裂隙与构造裂隙之间的关系,揭示了压裂裂隙的扩展规律,建立了煤层气井裂缝扩展模型。一级裂缝方位总体平行于最大水平主应力方向,二级裂缝应沿外生裂隙进行延伸,三级裂缝应沿面割理和端割理进行扩展;在煤层与顶底板结合部位,由于顶底板与煤的弹性模量、泊松比相差较大,裂缝沿顶底板外生裂隙或顶底板与煤层之间的弱结合面顺层扩展,最终形成相互贯通的裂隙网络。(2)提出了煤储层水力压裂“4+1”边界,即铺砂区边界、裂缝扩展区边界、压裂液渗透区边界、瓦斯气涌区边界4个边界,以及在压裂排采后形成的1个最终解吸边界。进行了煤层气井压裂消突分析,认为煤层压裂影响区内是可以通过地面压裂煤层而达到消突目的或大大减弱煤与瓦斯突出的危险性。根据《防突规定》建立了压裂区抽采量与抽采时间的消突评价时效模型。(3)建立了煤层压裂排采和应力分布模型,分别从应力集中程度、井网布置、压裂区内外揭穿煤层过程等方面进行了煤与瓦斯突出危险性的分析。研究结果表明:菱形井网与矩形井网四周均出现应力集中,菱形井网最大主应力方向应力集中略高于矩形井网布置。界定了井网间消突区最大间隔宽度,计算出最优井网间距。分析了井下掘进巷道穿过压裂影响区不同位置的突出危险性,分析结果与井下瓦斯抽采效果吻合。(4)揭示了煤储层弹性能量失控与消突机理:压裂后煤体弹性潜能失控、煤层气体弹性能失控、煤层水体弹性能失控、煤体物理力学性质失控,引起煤体弹性余能减小、游离甲烷弹性能减小、煤层水体应力场均一化和煤体最小破坏能增大,人为措施实施后使煤层突出危险性减弱或消失。
项目成果
期刊论文数量(12)
专著数量(1)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
煤岩渗流特征及应力敏感性实验研究
- DOI:--
- 发表时间:2022
- 期刊:煤矿安全
- 影响因子:--
- 作者:吕闰生;李树武;薛交;李冰;任建刚
- 通讯作者:任建刚
煤储层压裂轻质陶粒支撑剂粒级配比优化
- DOI:10.3969/j.issn.1001-1986.2021.02.004
- 发表时间:2021
- 期刊:煤田地质与勘探
- 影响因子:--
- 作者:常晓亮;吕闰生;王鹏;李冰;高琳
- 通讯作者:高琳
True triaxial experimental study on the influence of axial pressure on coal permeability
轴压对煤渗透率影响的真三轴试验研究
- DOI:10.3389/feart.2022.1024483
- 发表时间:2022-09
- 期刊:Frontiers in Earth Science
- 影响因子:2.9
- 作者:Jianbao Liu;Zhimin Song;Chengtao Yang;Bing Li;Jiangang Ren;Ming Xiao
- 通讯作者:Ming Xiao
松软煤层及砂岩顶板水力挠动卸压增透效果对比分析
- DOI:10.13225/j.cnki.jccs.2020.0612
- 发表时间:2021
- 期刊:煤炭学报
- 影响因子:--
- 作者:田坤云;宫伟东;魏二剑;张瑞林;宋志敏;张文勇;李冰;吴小旭
- 通讯作者:吴小旭
High Rank Coal Pore Fracture Structure and its Impact on Reservoir Characteristics in the Southern Qinshui Basin
沁水盆地南部高阶煤孔隙裂隙结构及其对储层特征的影响
- DOI:10.3389/feart.2022.842275
- 发表时间:2022-03-16
- 期刊:FRONTIERS IN EARTH SCIENCE
- 影响因子:2.9
- 作者:Ji, Changjiang;Li, Guofu;Guo, Dingding
- 通讯作者:Guo, Dingding
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其他文献
A millimeter wave relativistic backward wave oscillator operating in TM03 mode with low guiding magnetic field
低引导磁场TM03模式毫米波相对论后向波振荡器
- DOI:10.1063/1.4922428
- 发表时间:2015-06
- 期刊:Phys. Plasmas.
- 影响因子:--
- 作者:宁辉;宋志敏;曹亦兵;吴平
- 通讯作者:吴平
RF Breakdown of the Resonant Reflector in a Relativistic Backward Wave Oscillator
相对论后波振荡器中谐振反射器的射频击穿
- DOI:10.1109/tps.2018.2810209
- 发表时间:2018-03
- 期刊:IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE
- 影响因子:1.5
- 作者:曹亦兵;孙钧;张余川;宋志敏;吴平;范志强;滕雁;何特;陈昌华
- 通讯作者:陈昌华
基于低温液氮吸附实验的变形煤孔隙分布及其分形特征
- DOI:--
- 发表时间:2015
- 期刊:河南工程学院学报(自然科学版)
- 影响因子:--
- 作者:郎伟伟;宋志敏;刘高峰;任建刚
- 通讯作者:任建刚
变形煤及其吸附-解吸特征研究现状与展望
- DOI:--
- 发表时间:2012
- 期刊:河南理工大学学报(自然科学版)
- 影响因子:--
- 作者:宋志敏;刘高峰;张子戌
- 通讯作者:张子戌
Advance of Research on Coaxial Relativistic Backward wave Oscillator
同轴相对论后波振荡器的研究进展
- DOI:--
- 发表时间:2014
- 期刊:Prog Electromagn Res.
- 影响因子:--
- 作者:孙钧;宋志敏;陈昌华;杜兆宇
- 通讯作者:杜兆宇
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宋志敏的其他基金
冲击波-酸化耦合作用下煤的结构演化特征及增透机理
- 批准号:42172189
- 批准年份:2021
- 资助金额:60 万元
- 项目类别:面上项目