煤储层中巷道型水平井井周应力分布特征的数值模拟研究——以晋城矿区胡底矿为例

为了研究煤储层中巷道型水平井井周应力分布特征,以晋城矿区胡底矿为例,基于煤储层及其顶底板的岩石力学性质,利用ABAQUS数值模拟软件,建立在煤储层和顶底板耦合作用下巷道型水平井开挖过程井周应力场计算模型,探讨不同断面形状、尺寸、开挖方向时井周应力分布特征,结果表明:(1)顶底板明显改变了竖直应力分布,促进了分界面处的应力集中,有利于巷道型水平井开挖;(2)圆形和矩形巷道型水平井井周应力影响范围基本相同,但圆形巷道型水平井应力释放更剧烈,易造成井壁破裂和失稳,利于扩大井径;(3)对于圆形巷道型水平井,随着断面尺寸增加,应力剧烈释放区和应力影响区范围增大,且后者增加更为明显;(4)巷道型水平井无论沿最大水平主应力方向还是沿最小水平主应力方向开挖,均在竖直方向出现应力集中,而水平方向表现为应力释放。研究结果认为,相比于矩形巷道型水平井,圆形巷道型水平井井径扩展更为显著,且断面尺寸越大,应力影响区范围越大,在开挖方向上沿最小水平主应力方向开挖优于沿最大水平主应力方向开挖。

水力压裂破裂压力计算模型

水力压裂工艺的关键点是岩石破裂压力的确定。依据破裂模型理论基础的不同,将弹性力学破裂模型和断裂力学破裂模型细分为6类:线弹性拉伸破裂模型、多孔线弹性拉伸破裂模型、特征距离模型、剪切破坏模型、能量释放率模型和应力强度因子模型。在此基础上分析了现有细分模型的基本假设、推导原理、适应性和局限性。结果表明:线弹性拉伸破裂模型、多孔线弹性拉伸破裂模型被普遍应用于矿场设计,但其不能综合考虑升压速率、井眼尺寸等因素对破裂压力的影响;特征距离模型可综合考虑这些因素的影响,但其基于的破裂物理过程假设有待进一步检验;剪切破坏模型基于岩石宏观破坏理论,较适合低弹性模量的高渗砂岩;基于断裂力学理论提出的能量释放率和应力强度因子模型,其物理假设与水力致裂的实际物理过程较为接近,但其在初始裂纹长度等基础参数提取方面存在局限。