鬆軟煤層井下造縫導向壓裂瓦斯運移機理及富集規律

《鬆軟煤層井下造縫導向壓裂瓦斯運移機理及富集規律》是依託重慶大學，由葛兆龍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：鬆軟煤層井下造縫導向壓裂瓦斯運移機理及富集規律
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：葛兆龍
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

煤礦井下水力造縫導向壓裂抽採煤層氣（瓦斯）技術初期實驗結果表明該技術能夠大幅增加煤層透氣性，提高煤層氣產量，但壓裂過程中由於壓裂液注入引起煤體物性變化、氣-液界面作用及煤層應力場、裂隙場變化，導致瓦斯運移機理及富集規律尚不明確，能否合理設計壓裂孔間距並將抽采鑽孔布置在瓦斯富集區是決定瓦斯抽采效率的關鍵。因此，鬆軟煤層井下造縫導向壓裂瓦斯運移機理及富集規律是本項目研究的關鍵科學問題，本項目擬在研究含壓裂液與瓦斯的煤體結構和物性變化的基礎上，建立含壓裂液、瓦斯煤體本構方程和破壞準則；揭示壓裂液促進煤體瓦斯解吸滲流機理；研究水力造縫導向壓裂周圍煤體應力場、裂隙場變化規律；建立壓裂過程中煤層瓦斯滲流運移控制方程並通過試驗進行校正；計算鬆軟煤層水力造縫導向壓裂完成時及卸壓後煤層瓦斯真實滲透率的等值線分布圖，預測瓦斯富集區，為最佳化壓裂孔、抽采孔布孔工藝，提高煤層氣抽采率提供理論支撐。

結題摘要

針對鬆軟煤層導向壓裂過程中由於壓裂液注入引起煤體物性變化、氣-水界面作用及煤層應力場、裂隙場變化，瓦斯運移機理及富集規律尚不明確，導致抽采鑽孔布置困難等問題。項目組採用理論分析、數值模擬、室內及現場試驗相結合的方法，建立了含壓裂液、瓦斯煤體本構方程和破壞準則；開展瓦斯吸附解吸與滲流試驗，揭示了壓裂液促進煤體瓦斯解吸滲流機理；基於COMSOL Multiphysics計算方法，研究了闡明了鬆軟煤層水力壓裂裂縫周圍煤體應力場、裂隙場變化規律。綜合考慮壓裂液、地應力場、瓦斯壓力場等因素影響，建立了壓裂過程氣-液界面作用下煤層瓦斯滲流運移模型；該模型能計算鬆軟煤層水力造縫導向壓裂完成時及卸壓後煤層瓦斯真實滲透率的等值線分布圖，預測瓦斯富集區；並在重慶松藻礦區進行了水力造縫導向壓裂現場試驗。與傳統煤層增透方法相比，煤層氣平均抽采量提高到3~5倍，預抽鑽孔數量減少26%以上。該研究成果能為水力造縫導向壓裂高效增透技術及工藝提供有力的基礎理論支撐。發表學術論文5篇，其中SCI檢索5篇（2區1篇，3區2篇，4區2篇）；授權發明專利2項；協助培養博士研究生1人，碩士研究生2人。申請人在國際國內會議上做大會報告3次。