煤層氣井水力壓裂對煤炭安全開採的影響

《煤層氣井水力壓裂對煤炭安全開採的影響》是依託中國礦業大學，由吳財芳擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：煤層氣井水力壓裂對煤炭安全開採的影響
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：吳財芳
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

我國現有的煤層氣井中90%以上都經過水力壓裂改造，這就使得煤層氣開採熱區的煤炭開採必須面對一個十分現實而又意義重大的問題，即數量如此之多的煤層氣井的水力壓裂是否會對煤礦安全生產造成不利影響？鑒於此，本項目擬圍繞“煤層氣井水力壓裂對煤炭安全開採的影響”這一核心科學問題，選取沁水盆地寺河礦為研究對象，在煤層氣井水力壓裂物理模擬和數值模擬基礎上，從內因、外因兩方面入手，分析壓裂裂縫主要影響因素及成因機制；依據裂縫長度、高度、寬度、密度等基本特徵參數，提出水力壓裂對煤層及頂底板的破壞程度評價指標體系；建立煤層氣井水力壓裂影響範圍內的破壞程度地質模型，劃分破壞程度分區；闡明不同分區內可能出現的影響煤炭開採的不利因素，提出合理的安全生產措施，分區構建煤炭安全開採模式。

結題摘要

以沁水盆地南部晉城礦區的寺河礦壓裂直井為研究對象，綜合壓裂地面監測、井下觀測、物理模擬及數值模擬，分析了煤層氣直井水力壓裂裂縫形態及裂縫延展的內在、外在影響因素；根據煤層及其頂底板的不同壓裂破壞程度劃定了水力壓裂影響分區，建立了單井及井網水力壓裂影響模型；針對不同影響區，提出了煤炭安全生產建議。研究發現煤層氣井水利壓裂裂縫整體呈垂直縫或水平縫，近井筒處可形成多裂縫、“T”型和“工”型縫。研究區以垂直縫為主，對稱不等長發育，方向以北東為主，北西次之；裂縫寬度最大2~3cm，垂向上儲層內最寬，橫向上由井筒向遠處變窄；裂縫形態受煤岩力學性質、地應力狀態、構造、煤體結構、頂底板性質等內在因素和壓裂施工設計等外在因素影響。內在因素中，地應力狀態控制裂縫的整體形態，在不考慮構造應力的情況下，預測垂直縫與水平縫的轉換深度約171m；煤岩力學性質及煤體結構影響裂縫長、寬、高等尺寸；頂底板性質影響裂縫垂向上的擴展並控制“T”型及“工”型等複雜縫的形成。外在因素主要是壓裂施工的材料及參數，包括壓裂液粘度、排量及射孔等對裂縫擴展的影響。在分析壓裂對煤岩、圍岩破壞特徵基礎上，提出了裂縫在煤岩界面擴展的四種基本形式；根據壓裂裂縫條數、壓裂液濾失影響程度、受裂縫延展的應力影響程度，建立了27種煤岩破壞類型，實際僅存在9種破壞類型，分別對應壓裂影響範圍內的—強烈影響區、一般影響區、弱影響區和無影響區四類區域；依據各壓裂影響區的範圍及特徵，建立了煤層氣單井及井網壓裂影響區模型；針對不同壓裂影響區，分析了水力壓裂對煤炭生產可能造成的不利影響，並進一步提出了煤礦安全生產模式。發表論文26篇，其中SCI收錄15篇，EI收錄1篇；出版專著1部；部分成果與他人聯合，獲獎勵2項；獲國家發明專利7項；培養研究生18名，含博士生6名，碩士生12名；培養博士後2名。