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题名泵流量对纵向切槽水力压裂裂缝偏转距的影响
被引量:7
- 1
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作者
林健
徐成
杨建威
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机构
天地科技股份有限公司开采设计事业部
煤科集团沈阳研究院有限公司
煤炭科学研究总院开采设计研究分院
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出处
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020年第8期2804-2812,共9页
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基金
天地科技股份有限公司科技创新基金面上资助项目(2018-TD-MS021)
国家重点研发计划资助项目(2017YFC0603006)。
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文摘
水力压裂技术近年来越来越多地被应用于强烈动压巷道的卸压工程中,水力压裂卸压的核心是如何人为控制水力裂缝的开裂、扩展方向及路径。将裂缝起裂点与裂缝扩展路径上与切槽方向呈1/2切槽角度的点之间的连线长度定义为裂缝偏转距,并作为试验重点考察指标。采用真三轴物理试验的方法,对尺寸为300 mm×300 mm×300 mm的预留钻孔和纵向切槽水泥试块水力压裂过程中不同泵流量对裂缝偏转距的影响规律进行了详细研究。研究结果表明:纵向切槽水力压裂裂缝首先沿切槽方向起裂,在扩展的过程中逐渐转向最大主应力方向;裂缝呈S型非对称形态,裂缝较为单一,无复杂微裂隙产生,裂缝在横向扩展的同时沿纵向扩展且扩展过程中无较大偏转。压裂过程明显呈现3个阶段性特征:初次起裂阶段、裂缝持续扩展阶段和裂隙贯通阶段;随着泵流量的增加,起裂压力略有增高,压裂时间明显缩短。在水平应力比为1.5条件下,泵流量由0.5 mL/s增加到1.0 mL/s,裂缝偏转距增加了54.9%;泵流量由1.0 mL/s增加到1.5 mL/s,裂缝偏转距增加了16.7%;随着泵流量的增加,裂缝偏转距明显增大,增大趋势呈半抛物线特征。水平应力比为2.0条件下,泵流量由1.0 mL/s增加到1.5 mL/s,裂缝偏转距增加了30.6%;泵流量由1.5 mL/s增加到5.0 mL/s,裂缝偏转距增加了67.9%;与应力比为1.5相比,相同泵流量条件下裂缝偏转距明显减小。试验采用真三轴试验方法仅能对小尺寸试块进行物理模型试验,下一步将选取合适的数值计算方法,进一步开展大尺度岩层水力压裂效果试验研究。
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关键词
泵流量
裂缝偏转距
水力压裂
纵向切槽
真三轴试验
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Keywords
pump flow
fracture deflection distance
hydraulic fracturing
vertical slitting
true triaxial experiment
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分类号
TE357.1
[石油与天然气工程—油气田开发工程]
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题名水力压裂纵向切槽钻头的研制与试验
被引量:2
- 2
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作者
林健
王洋
石垚
王志超
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机构
天地科技股份有限公司开采设计事业部
中煤科工开采研究院有限公司
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出处
《能源与环保》
2022年第12期1-6,12,共7页
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基金
国家自然科学基金面上项目(52174080)。
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文摘
为解决采用常规水力压裂进行强烈动压巷道切顶卸压效果难以控制的问题,研发了一种钻孔内纵向切槽钻头,进行了一系列实验室试验和井下试验。研究结果表明,纵向切槽钻头可有效实现孔内纵向切槽,引导水力压裂主导裂缝沿切槽方向起裂和扩展,满足强烈动压巷道水力压裂切顶卸压要求,切槽效率比传统的横向切槽钻头效率提高30%~50%;何家塔煤矿井下试验表明,纵向切槽水力压裂主导裂缝沿巷道轴向起裂和扩展,扩散范围达20~30 m,起裂压力明显小于常规水力压裂的起裂压力;受工作面回采影响后纵向切槽水力压裂段煤柱应力增量相对普通水力压裂段和未压裂段明显较小,切顶卸压效果明显好于普通压裂段和未压裂段;纵向切槽水力压裂切顶卸压段工作面端头三角区悬顶长度平均3.7 m,明显小于常规压裂段和未压裂段平均悬顶长度6.2 m和8.0 m,且顶板断裂较为整齐。
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关键词
水力压裂
纵向切槽
钻头研制
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Keywords
hydraulic fracturing
longitudinal slotting
development of drill bit
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分类号
TD713
[矿业工程—矿井通风与安全]
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题名纵向切槽水力压裂裂缝偏转规律研究
被引量:4
- 3
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作者
徐成
仇海生
吕晓波
张开加
郭怀广
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机构
中煤科工集团沈阳研究院有限公司
煤矿安全技术国家重点实验室
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出处
《煤炭科学技术》
CAS
CSCD
北大核心
2021年第10期78-84,共7页
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基金
国家重点研发计划资助项目(2017YFC0804207)
辽宁省自然科学基金计划重点资助项目(20180540010)
中煤科工集团沈阳研究院有限公司创新引导资助项目(SYYD-20WS-006)。
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文摘
纵向切槽水力压裂作为一项强烈动压巷道切顶卸压技术,核心是控制裂缝开裂以及扩展方向,然而裂缝在定向起裂后通常受最大主应力的影响而发生偏转,裂缝的扩展方向与地应力条件、切槽角度、泵流量以及岩石力学性质等多种因素有关。对纵向切槽水力压裂多因素影响下的裂缝偏转规律展开研究,为纵向切槽水力压裂钻孔施工设计提供1种借鉴方法。采用ABAQUS软件中的XFEM模块,建立纵向切槽水力压裂二维模型,通过与前期纵向切槽水力压裂物理试验结果对比,实现了数值模型可行性验证,进而建立大尺寸纵向切槽水力压裂模型对煤矿顶板砂岩条件下的纵向切槽水力压裂裂缝偏转规律展开了详细研究。结果表明:水平应力比为重要的裂缝偏转距影响因素,在垂直主应力为10 MPa,最小水平主应力为6 MPa,水平应力比由1.5增加到3.5过程中,裂缝偏转距先后减小55.3%、56.9%和41%;切槽角度对裂缝扩展路径影响较大,对裂缝偏转距影响相对较小;水平应力比为1.5与2.0两种条件下,泵流量由30 L/min增加到180 L/min过程中,裂缝偏转距不断增大,且具有较大增长幅度,在水平应力比为2.5条件下,裂缝偏转距的增长幅度明显减弱;水平应力比分别为1.5、2.0、2.5的3种条件下,泵流量90 L/min对应的裂缝偏转距分别为4.05、1.81、0.75 m,可通过大幅提升泵流量,实现偏转距的较大增长;该研究对纵向切槽水力压裂泵流量的选取以及不同条件下钻孔间距的确定具有参考意义。
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关键词
水力压裂
纵向切槽
裂缝偏转距
切顶卸压
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Keywords
hydraulic fracturing
longitudinal groove cutting
crack deflection distance
top-cutting pressure relief
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分类号
TD322
[矿业工程—矿井建设]
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题名泵流量对纵向切槽水力压裂裂缝偏转的影响规律研究
被引量:5
- 4
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作者
徐成
林健
王洋
石垚
杨建威
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机构
煤炭科学研究总院开采研究分院
天地科技股份有限公司开采设计事业部
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出处
《煤矿开采》
北大核心
2019年第1期11-15,共5页
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基金
国家重点研发计划(2017YFC0603003)
中煤科工集团科技创新创业基金(2018MS021)
煤炭科学研究总院科技创新基金项目(2016ZYMS011)
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文摘
采用ABAQUS软件,建立了纵向切槽水力压裂裂缝扩展的有限元二维模型,分析了不同泵流量条件下纵向切槽水力压裂裂缝扩展规律。研究表明:裂缝开裂初期,受地应力差的影响,裂缝很快转向最大主应力方向;随着泵流量的大幅增加,裂缝的偏转情况得到减缓,曲率半径增大,偏转距明显增加,流量在120L/min以内时,增长速度较快;目前常用注水泵流量为90L/min,其裂缝偏转距为4.05m。结论对于实际的钻孔距设计和注水泵选取具有参考意义。
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关键词
纵向切槽
泵流量
定向水力压裂
偏转距
扩展路径
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Keywords
cutting along bore direction
pump flow
directional hydraulic fracturing
gauche moment,expanding cracking path
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分类号
TD32
[矿业工程—矿井建设]
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