煤层气井近井区煤岩破碎研究及安全分析

摘要

现阶段，煤岩压裂破碎技术是煤层气增产的主要技术手段。随着国内外专家研究的不断深入，压裂技术也在不断地改进和创新。本文根据樊庄区块煤岩的特点，采用了割缝筛管裸眼完井，通过注气增压的方式使煤岩破碎的负压扩孔改造技术。本文对煤岩破碎的工艺参数进行研究，并对整个作业过程进行风险分析和评价，为实际作业提供理论基础。 本文首先对负压扩孔改造技术的机理和工艺过程进行研究，该技术采用割缝筛管裸眼完井，气体通过割缝对煤岩进行增压破碎，形成破碎带和裂缝扩展区。割缝筛管在整个煤岩破碎作业中起着至关重要的作用，因此本文对割缝筛管在整个过程中的受力情况和失效形式进行分析，同时建立有限元模型，研究不同割缝参数下筛管的应力分布，保证割缝筛管在安全有效的情况下工作。为了研究煤岩破碎的效果，本文利用ANSYS软件建立了煤岩储层－割缝筛管三维有限元模型，研究不同注入压力、割缝长度和井眼直径下煤岩的应力分布和破碎带分布情况，确定最优的施工参数。本文对整个作业系统进行风险识别和分析，建立了风险评价指标体系，采用模糊数学以及专家经验对各风险因素进行指标量化，并采用层次分析法及专家意见来确定评价指标体系中各风险因素的权重分配，然后通过模糊综合评判法构建风险评估综合模型，通过求解模型得出煤岩破碎作业的风险等级。通过对作业过程进行安全分析可以发现作业中的危险因素和薄弱环节，以便提出相应措施进行对其消除和控制。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 煤岩破碎技术研究现状

1.2.2 煤层气安全评价研究现状

1.3 研究内容和技术路线

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 主要技术路线

第二章 煤岩破碎机理及安全评价理论研究

2.1 煤岩结构特点及破碎理论研究

2.1.1 煤岩结构特点

2.1.2 煤岩破裂机理和破坏形式

2.1.3 煤岩破坏准则

2.2 负压扩孔技术原理和作业流程

2.2.1 负压扩孔技术改造机理

2.2.2 基于负压扩孔技术的煤岩破碎工艺过程

2.3 安全评价理论

2.3.1 风险及风险识别方法

2.3.2 安全评价方法研究

2.4 本章小结

第三章 煤岩破碎过程中割缝筛管失效分析

3.1 各种载荷对割缝筛管的失效分析

3.1.1 气体内压对筛管损坏的影响

3.1.2 外挤压力对筛管损坏的影响

3.1.3 其他应力对筛管损坏的影响

3.2 割缝筛管有限元模型的建立

3.2.1 有限元方法简述

3.2.2 割缝筛管有限元模型的建立

3.3 割缝参数对筛管应力分布影响分析

3.3.1 缝长变化对筛管应力分布影响

3.3.2 缝宽变化对筛管应力分布影响

3.3.3 缝间距变化对筛管应力分布影响

3.3.4 周缝数变化对筛管应力分布影响

3.4 本章小结

第四章 煤层气井近井区煤岩破碎效果研究

4.1 煤岩破碎效果分析

4.1.1 煤岩破碎效果分析

4.1.2 最大剪应力理论

4.2 煤层气井近井区有限元模型的建立

4.2.1 煤岩受力情况及基本假设

4.2.2 有限元模型的建立

4.3 近井区煤岩应力分布和破碎效果分析

4.3.1 注入压力对煤岩应力分布和破碎带分布影响

4.3.2 割缝长度对煤岩应力分布和破碎带分布影响

4.3.3 井眼直径对煤岩应力分布和破碎带分布影响

4.4 本章小结

第五章 煤层气井近井区煤岩破碎过程安全评价

5.1 近井区煤岩破碎作业中危险识别

5.1.1 制气注气系统危险识别

5.1.2 筛管系统危险识别

5.1.3 煤岩储层危险识别

5.1.4 安全评价方法的确定及应用

5.2 煤岩破碎作业风险评价指标体系的建立及权重分配

5.2.1 评价指标体系的建立原则

5.2.2 评价指标体系的建立

5.2.2 指标权重的分配计算

5.3 煤岩破碎作业模糊综合评价

5.3.1 模糊综合评价方法

5.3.2 煤岩破碎作业的风险模糊综合评价

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢