煤层气井水力压裂对煤炭生产的影响-以晋城寺河矿为例

摘要

本文以晋城矿区寺河矿煤层气压裂直井为研究对象,综合压裂地面监测、井下观测、物理模拟及数值模拟,分析了煤层气直井水力压裂裂缝形态及裂缝延展的内在、外在影响因素;根据煤层及其顶底板的不同压裂破坏程度划定了水力压裂影响分区,建立了单井及井网水力压裂影响模型;针对不同影响区,提出了煤炭安全生产建议。
　　研究发现:煤层气井水力压裂裂缝整体呈垂直缝或水平缝,近井筒处可形成多裂缝、“T”型和“工”型缝。研究区以垂直缝为主,对称不等长发育,方向以北东为主,北西次之;裂缝宽度最大2~3cm,垂向上储层内最宽,横向上由井筒向远处变窄;裂缝形态受煤岩力学性质、地应力状态、构造、煤体结构、顶底板性质等内在因素和压裂施工设计等外在因素影响。其中,地应力状态控制裂缝的整体形态,在不考虑构造应力的情况下,预测垂直缝与水平缝的转换深度约171m;煤岩力学性质及煤体结构影响裂缝长、宽、高等尺寸;顶底板性质影响裂缝垂向上的扩展并控制“T”型及“工”型等复杂缝的形成。外在因素主要是压裂施工的材料及参数,包括压裂液粘度、排量及射孔等对裂缝扩展的影响。
　　在分析压裂对煤岩、围岩破坏特征基础上,提出了裂缝在煤岩界面扩展的四种基本形式;根据压裂裂缝条数、压裂液滤失影响程度、受裂缝延展的应力影响程度,建立了27种煤岩破坏类型,实际仅存在9种破坏类型,分别对应压裂影响范围内的—强烈影响区、一般影响区、弱影响区和无影响区四类区域;依据各压裂影响区的范围及特征,建立了煤层气单井及井网压裂影响区模型;针对不同影响区,分析了水力压裂对煤炭生产可能造成的不利影响,提出了煤矿安全生产模式。

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表清单

1 绪 论

1.1 选题目的和意义（Research Purpose and Significance）

1.2 研究现状（Research Status）

1.3 存在问题（Existing Problems）

1.4 研究方案（Research Plans）

1.5 论文工作量（Main Thesis Work）

2 研究区地质概况

2.1 自然地理概况（Natural Geography Overview）

2.2 区域地质概况（Regional Geology Background）

2.3 煤层气开发概况（CBM Development Survey）

3 水力压裂裂缝形态特征、形成机制和影响因素

3.1 水力压裂裂缝发育特征（ Development Characteristic for Hydraulic Fractures）

3.2 压裂模拟实验及分析（Hydraulic Fracturing Experiments and Analysis）

3.3 水力压裂数值模拟（Hydraulic Fracturing Numerical Stimulation）

3.4 水力压裂裂缝形态的影响因素（The Influence Factors of Hydraulic Fractures Form）

3.5 小 结（Summary）

4 水力压裂裂缝破坏程度研究

4.1 井下观测井简介（Introduction of Underground Observed Wells）

4.2 煤岩及围岩破坏特征（ Destruction Characteristics of Coal and Surrounding Rock）

4.3 破坏程度评价指标及分区（Evaluation Index and Zone Division for Destruction Degree）

4.4 单井及井网水力压裂影响范围模型（Hydraulic Fracture Destruction Model for Single Well and Well group）

4.5 小结（Summary）

5 水力压裂对煤炭开采的影响及防治建议

5.1 水力压裂对巷道布置、支护的影响及建议（The Influence of Roadway Layout and Support by Hydraulic Fracturing and Suggestions）

5.2 水力压裂裂缝延伸对突水的影响及建议（ The Influence of Water Inrush by Hydraulic Fracturing and Suggestions）

5.3 水力压裂对矿井通风的影响及建议（The Influence of Mine Ventilation by Hydraulic Fracturing and Suggestions）

5.4 水力压裂对机械化综采的影响及建议（ The Influence of Fully-mechanized Mining by Hydraulic Fracturing and Suggestions）

5.5 压裂影响不同分区煤矿安全生产模式（Models for Safety Coal Mining in Different Hydraulic Fracturing Influence Zones）

5.6 小 结（Summary）

6 结 论

参考文献

作者简历

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