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Calculating the number of radial cracks around a wellbore fractured by liquid CO_(2) phase transition blasting technology
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作者 Kun Jiang Shouchun Deng +1 位作者 Yixuan Li Haibo Li 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2024年第11期4515-4531,共17页
Integrating liquid CO_(2)phase transition blasting(LCPTB)technology with hydraulic fracturing(HF)methods can help reduce wellbore damage,create multiple radial fractures,and establish a complex fracture network.This a... Integrating liquid CO_(2)phase transition blasting(LCPTB)technology with hydraulic fracturing(HF)methods can help reduce wellbore damage,create multiple radial fractures,and establish a complex fracture network.This approach significantly increases the recovery efficiency of low-permeability oil and gas fields.Accurately calculating the number of fractures caused by LCPTB is necessary to predict production enhancement effects and optimize subsequent HF designs.However,few studies are reported on large-scale physical model experiments in terms of a method for calculating the fracture number.This study analyzed the initiation and propagation of cracks under LCPTB,derived a calculation formula for crack propagation radius under stress waves,and then proposed a new,fast,and accurate method for calculating the fracture number using the principle of mass conservation.Through ten rock-breaking tests using LCPTB,the study confirmed the effectiveness of the proposed calculation approach and elucidated the variation rule of explosion pressure,rock-breaking scenario,and the impact of varying parameters on fracture number.The results show that the new calculation method is suitable for fracturing technologies with high pressure rates.Recommendations include enlarging the diameter of the fracturing tube and increasing the liquid CO_(2) mass in the tube to enhance fracture effectiveness.Moreover,the method can be applied to other fracturing technologies,such as explosive fracturing(EF)within HF formations,indicating its broader applicability and potential impact on optimizing unconventional resource extraction technologies. 展开更多
关键词 Liquid co_(2)phase transition blasting(LCPTB) Rock fracturing Fracture number Physical model experiment
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Investigation of influence factors on CO_(2) flowback characteristics and optimization of flowback parameters during CO_(2) dry fracturing in tight gas reservoirs
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作者 Xiao-Mei Zhou Lei Li +4 位作者 Yong-Quan Sun Ran Liu Ying-Chun Guo Yong-Mao Hao Yu-Liang Su 《Petroleum Science》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第6期3553-3566,共14页
CO_(2) dry fracturing is a promising alternative method to water fracturing in tight gas reservoirs,especially in water-scarce areas such as the Loess Plateau.The CO_(2) flowback efficiency is a critical factor that a... CO_(2) dry fracturing is a promising alternative method to water fracturing in tight gas reservoirs,especially in water-scarce areas such as the Loess Plateau.The CO_(2) flowback efficiency is a critical factor that affects the final gas production effect.However,there have been few studies focusing on the flowback characteristics after CO_(2) dry fracturing.In this study,an extensive core-to-field scale study was conducted to investigate CO_(2) flowback characteristics and CH_(4) production behavior.Firstly,to investigate the impact of core properties and production conditions on CO_(2) flowback,a series of laboratory experiments at the core scale were conducted.Then,the key factors affecting the flowback were analyzed using the grey correlation method based on field data.Finally,taking the construction parameters of Well S60 as an example,a dual-permeability model was used to characterize the different seepage fields in the matrix and fracture for tight gas reservoirs.The production parameters after CO_(2) dry fracturing were then optimized.Experimental results demonstrate that CO_(2) dry fracturing is more effective than slickwater fracturing,with a 9.2%increase in CH_(4) recovery.The increase in core permeability plays a positive role in improving CH_(4) production and CO_(2) flowback.The soaking process is mainly affected by CO_(2) diffusion,and the soaking time should be controlled within 12 h.Increasing the flowback pressure gradient results in a significant increase in both CH_(4) recovery and CO_(2) flowback efficiency.While,an increase in CO_(2) injection is not conducive to CH_(4) production and CO_(2) flowback.Based on the experimental and field data,the important factors affecting flowback and production were comprehensively and effectively discussed.The results show that permeability is the most important factor,followed by porosity and effective thickness.Considering flowback efficiency and the influence of proppant reflux,the injection volume should be the minimum volume that meets the requirements for generating fractures.The soaking time should be short which is 1 day in this study,and the optimal bottom hole flowback pressure should be set at 10 MPa.This study aims to improve the understanding of CO_(2) dry fracturing in tight gas reservoirs and provide valuable insights for optimizing the process parameters. 展开更多
关键词 co_(2)fracturing Tight gas reservoir fracturing fluid flowback Parameter optimization
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基于CT扫描的CO_(2)相变致裂煤裂隙演化特征 被引量:1
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作者 刘高峰 关文博 +3 位作者 张震 李宝林 刘欢 司念 《矿业科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期342-350,共9页
为进一步揭示CO_(2)相变致裂煤的裂隙改造机理,开展了CO_(2)相变致裂煤体实验,基于CT扫描和三维裂隙重构,分析了CO_(2)相变致裂前后的煤样内部裂隙结构参数,查明了CO_(2)相变致裂煤的三维裂隙结构演化特征。结果表明,致裂后煤样的裂隙... 为进一步揭示CO_(2)相变致裂煤的裂隙改造机理,开展了CO_(2)相变致裂煤体实验,基于CT扫描和三维裂隙重构,分析了CO_(2)相变致裂前后的煤样内部裂隙结构参数,查明了CO_(2)相变致裂煤的三维裂隙结构演化特征。结果表明,致裂后煤样的裂隙总数量减少,裂隙总体积和裂隙总表面积增加;CO_(2)相变致裂产生了裂隙扩张转化效应,在致裂压力的扩张作用下,小尺度裂隙转化为更大尺度的裂隙;长度小于1000μm的裂隙数量减少、裂隙体积和表面积明显减小,长度大于1000μm的裂隙体积和表面积明显增大,且裂隙之间扩张贯通而引起其数量减少;CO_(2)相变致裂大幅度改善了煤体三维裂隙的连通性,有利于气体的运移和产出。此研究为CO_(2)相变致裂效果提供新的分析评价方法,也可为其他非常规天然气储层及其改造的裂隙演化特征研究提供参考和借鉴。 展开更多
关键词 co_(2)相变致裂 CT扫描 煤储层 三维裂隙演化
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阳春沟区块页岩气超临界CO_(2)增能压裂研究与应用
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作者 余前港 荣双 +4 位作者 毛国扬 崔连文 彭根博 向传刚 王旭 《石油与天然气化工》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期77-83,共7页
目的目前,超临界CO_(2)压裂应用前景广阔,为更好地指导现场应用,亟需明确超临界CO_(2)压裂的起裂压力和裂缝扩展规律。方法考虑压裂过程温度变化对CO_(2)物性的影响以及岩石中的热应力作用,建立热流固耦合超临界CO_(2)压裂模型。探究了... 目的目前,超临界CO_(2)压裂应用前景广阔,为更好地指导现场应用,亟需明确超临界CO_(2)压裂的起裂压力和裂缝扩展规律。方法考虑压裂过程温度变化对CO_(2)物性的影响以及岩石中的热应力作用,建立热流固耦合超临界CO_(2)压裂模型。探究了水平应力差、天然裂缝逼近角以及CO_(2)注入温度对裂缝起裂的影响。结果在阳春沟Y井开展的现场试验表明:与水力压裂相比,超临界CO_(2)压裂可以明显降低裂缝起裂压力,即使在高水平应力差下,仍可以获得复杂的裂缝形态;天然裂缝逼近角增大,起裂压力随之增大,裂缝复杂程度增加;CO_(2)注入温度与地层温差越大,热应力作用越明显,裂缝形态越复杂。结论现场应用显示注入前置超临界CO_(2)可以有效降低起裂压力,有利于提高后续水力压裂的缝内净压力,增强储层改造效果。 展开更多
关键词 超临界co_(2)压裂 热流固多场耦合 热应力 相场模型 阳春沟区块
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CO_(2)相变冲击下岩石损伤演化规律研究
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作者 李浩田 阿比尔的 +3 位作者 贺林林 蒲运杰 刘明维 韩亚峰 《长沙理工大学学报(自然科学版)》 CAS 2024年第4期91-102,共12页
【目的】CO_(2)相变致裂技术具有环保、低危险、便于控制等优点,被广泛应用于矿产开采、工程施工等领域。探究CO_(2)相变致裂损伤演化规律对爆破施工参数的选取具有重要意义。【方法】针对等当量炸药损伤模型描述CO_(2)相变破岩过程的... 【目的】CO_(2)相变致裂技术具有环保、低危险、便于控制等优点,被广泛应用于矿产开采、工程施工等领域。探究CO_(2)相变致裂损伤演化规律对爆破施工参数的选取具有重要意义。【方法】针对等当量炸药损伤模型描述CO_(2)相变破岩过程的局限性,采用理想气体状态方程表述超临界CO_(2)相变过程,结合Mises准则给出相变作用下的岩石损伤半径计算模型,基于LS-DYNA软件建立相变作用下岩石损伤计算模型,分析了CO_(2)相变作用下岩石损伤演化规律,并进一步讨论了破裂压力、致裂管型号等参数对岩石损伤演化的影响。【结果】建立的相变岩石损伤半径计算模型能较好地评价岩石的损伤范围;相变冲击使岩石产生径向裂隙,CO_(2)相变气体嵌入主裂纹附近的裂缝中,裂纹尖端效应促使岩体产生更为密集的环向裂隙及细小的轴向裂隙。数值模拟结果显示,在174、250、290 MPa三种破裂压力下,85型致裂管产生的裂隙区范围分别为0.42、0.43、0.46 m;裂隙长度的增大幅度则随着管径的增大而减小,51型、85型、100型三种型号致裂管在290 MPa的破裂压力下产生的裂隙平均长度比在174 MPa下的分别提高13.2%、5.75%、1.41%;破裂压力为250 MPa时,三种致裂管所产生的裂隙区范围分别为0.42、0.43、0.47 m;在这三种破裂压力下,100型致裂管下的裂隙平均长度比51型致裂管下的分别增加14.2%、11.1%、2.4%;此外,随着破裂压力和致裂管管径两个参数的增大,相变致裂所产生的主裂隙和环向裂隙增多,岩石的裂隙平均长度增大。【结论】研究结果可为CO_(2)相变致裂施工的损伤控制、技术参数选取等提供参考。 展开更多
关键词 co_(2)相变致裂 等当量炸药 损伤半径 影响因素 裂隙尺寸
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裂缝内CO_(2)压裂液相态分布特征的数值模拟研究 被引量:1
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作者 徐智颢 杜博 李东东 《中国资源综合利用》 2024年第4期41-43,共3页
CO_(2)干法压裂工艺利用纯液态CO_(2)进行携砂压裂施工,对储层进行改造,该技术已实现大量现场应用。但是,CO_(2)压裂液在裂缝内的相态分布尚未进行系统的研究。运用流体模拟软件,建立二维裂缝的物理模型,分析CO_(2)压裂液在造缝过程中... CO_(2)干法压裂工艺利用纯液态CO_(2)进行携砂压裂施工,对储层进行改造,该技术已实现大量现场应用。但是,CO_(2)压裂液在裂缝内的相态分布尚未进行系统的研究。运用流体模拟软件,建立二维裂缝的物理模型,分析CO_(2)压裂液在造缝过程中的相态分布。研究结果表明,在造缝过程中,CO_(2)压裂液以液态CO_(2)和超临界CO_(2)两种相态存在,并且以超临界CO_(2)的分布为主;CO_(2)压裂液充满裂缝时,随着测点与井口距离的增加,CO_(2)温度先增加,然后趋于稳定;CO_(2)压裂液进入裂缝内,压裂施工完成20 min时,裂缝内CO_(2)的温度达到地层温度;地层温度越低,液态CO_(2)吸热越慢,达到超临界相态所需时间越长,超临界CO_(2)分布区距离缝口越远。 展开更多
关键词 裂缝 co_(2)压裂液 相态 分布特征 数值模拟 液态co_(2) 超临界co_(2) 干法压裂
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造穴-CO_(2)气相压裂复合技术造缝卸压增渗机理研究 被引量:1
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作者 闫志铭 张新生 +4 位作者 张军胜 杨百舸 曹运兴 李淑敏 董润平 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期63-73,共11页
我国煤矿煤与瓦斯突出灾害严重,目前增透主要采用静力型技术和动力型技术,不同程度地解决了瓦斯治理难题。为获得更好的复合造缝卸压增渗效果,开发出造穴-气相压裂复合技术,综合采用185 MPa高压力CO_(2)冲击煤样、数值模拟、光纤应变监... 我国煤矿煤与瓦斯突出灾害严重,目前增透主要采用静力型技术和动力型技术,不同程度地解决了瓦斯治理难题。为获得更好的复合造缝卸压增渗效果,开发出造穴-气相压裂复合技术,综合采用185 MPa高压力CO_(2)冲击煤样、数值模拟、光纤应变监测3种技术手段,研究造穴-气相压裂复合技术的瓦斯治理机理。结果表明:①煤样在CO_(2)气相压裂应力波作用下,在煤基质表面新形成损伤坑(DM)和三翼型裂隙(TRW)典型显微构造。②煤层在静力型和动力型荷载复合作用下近钻孔中心范围内煤层中原始的裂隙被重新打开,形成以钻孔为中心的放射状多尺度、张剪性破坏为主的裂缝,该裂缝能够充分均化应力集中区,并使得煤层产生不可逆的破坏,其应力扰动范围为24 m。③在有效的气相压裂-造穴复合技术影响范围内,造穴孔有助于提高气相压裂应力波的能量利用效率,避免能量耗散在无效的震动区,充分导通压裂孔与造穴孔多尺度裂缝,使得煤层裂缝区域范围大、连续性强、卸压充分。研究为解决煤层低渗、难抽、高地应力的问题提供了参考。 展开更多
关键词 瓦斯治理 气相压裂 卸压增透 突出煤层 造穴
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Effect of proppant pumping schedule on the proppant placement for supercritical CO_(2) fracturing 被引量:2
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作者 Yong Zheng Hai-Zhu Wang +4 位作者 Ying-Jie Li Gang-Hua Tian Bing Yang Cheng-Ming Zhao Ming-Sheng Liu 《Petroleum Science》 SCIE CAS CSCD 2022年第2期629-638,共10页
Supercritical CO_(2)fracturing is a potential waterless fracturing technique which shows great merits in eliminating reservoir damage,improving shale gas recovery and storing CO_(2)underground.Deep insight into the pr... Supercritical CO_(2)fracturing is a potential waterless fracturing technique which shows great merits in eliminating reservoir damage,improving shale gas recovery and storing CO_(2)underground.Deep insight into the proppant-transport behavior of CO_(2)is required to better apply this technique in the engineering field.In the present paper,we adopted a coupled Computational Fluid Dynamics and Discrete Element Method(CFD-DEM)approach to simulate the proppant transport in a fracking fracture with multiple perforation tunnels.Previous experiments were first simulated to benchmark the CFD-EDM approach,and then various pumping schedules and injection parameters(injection location,multi-concentration injection order,multi-density injection order and injection temperature)were investigated to determine the placement characteristics of proppant.Results indicate that the swirling vortex below the injection tunnels dominates the proppant diffusion in the fracture.The velocity of fluid flow across the proppant bank surface in multi-concentration injection shows a positive correlation with the proppant concentration.Injecting high-density proppant first can promote the transportation of low-density proppant injected later in the fracture to a certain extent.Decreasing the initial injection temperature of supercritical CO_(2)slurry helps enhance the particle-driving effect of fluid and improve the performance of supercritical CO_(2)in carrying proppant. 展开更多
关键词 Supercritical co_(2)fracturing Proppant placement CFD-DEM Unconventional natural gas co_(2)utilization
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CO_(2)相态变化致裂对煤层吸附性影响机理研究
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作者 王志坚 《油气藏评价与开发》 CSCD 北大核心 2024年第6期967-974,共8页
液态CO_(2)相变致裂技术(LCPTF)是一种能够提高煤层气采收率的新型无水压裂技术。为了研究CO_(2)相变致裂前后的煤体吸附性变化特征,选取余吾煤矿3号煤层为实验对象,开展高压压汞、低温液氮吸附实验和CH4等温吸附实验,分析液态CO_(2)相... 液态CO_(2)相变致裂技术(LCPTF)是一种能够提高煤层气采收率的新型无水压裂技术。为了研究CO_(2)相变致裂前后的煤体吸附性变化特征,选取余吾煤矿3号煤层为实验对象,开展高压压汞、低温液氮吸附实验和CH4等温吸附实验,分析液态CO_(2)相变致裂技术对煤体吸附性的影响。研究结果表明:液态CO_(2)相变致裂后,煤体吸附孔孔容和吸附孔孔比表面积减小;煤体渗流孔孔比表面积减小,渗流孔孔容增大。液态CO_(2)相变致裂技术能够通过改变煤体的孔隙结构进而影响煤体Langmuir(朗缪尔)吸附常数的变化。液态CO_(2)相变致裂后,Langmuir吸附常数a值降低、吸附常数b值增加,表明液态CO_(2)相变致裂作用对煤体具有吸附能力降低、解吸速率增强作用。研究为液态CO_(2)相变致裂技术的改进和现场应用优化提供了理论指导。 展开更多
关键词 煤层瓦斯 煤体吸附性 煤体孔隙结构 液态co_(2)相变致裂 游离态瓦斯
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地应力作用下煤层液态CO_(2)相变致裂效果研究
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作者 王岩 《煤炭工程》 北大核心 2024年第12期108-114,共7页
以液态CO_(2)气爆能量的TNT当量转化为基础,利用LS-DYNA软件分析爆破参数(装液量、泄爆压力峰值、致裂孔径)和地应力作用对液态CO_(2)相变致裂效果的影响程度,并开展液态CO_(2)相变致裂工程试验。模拟结果表明,液态CO_(2)相变致裂效果... 以液态CO_(2)气爆能量的TNT当量转化为基础,利用LS-DYNA软件分析爆破参数(装液量、泄爆压力峰值、致裂孔径)和地应力作用对液态CO_(2)相变致裂效果的影响程度,并开展液态CO_(2)相变致裂工程试验。模拟结果表明,液态CO_(2)相变致裂效果与装液量、泄爆压力峰值和致裂孔直径的变化呈正相关,与地应力呈负相关,并且装液量和致裂孔径的选取不宜过大;试验结果表明,煤层致裂有效半径的试验结果(3.62 m)和模拟结果(3.47 m)相接近,验证了爆破数值模型的可靠性。应用液态CO_(2)相变致裂技术增透后,与致裂孔1 m距离的观测孔透气性系数提高了34倍,与致裂孔2.5 m距离的观测孔瓦斯涌出强度提高了3.23倍,衰减强度降低了87.93%,与致裂孔1~1.5 m距离的观测孔平均瓦斯抽采浓度提高了64.38%。 展开更多
关键词 co_(2)相变致裂 TNT当量转化 地应力 爆破参数 工程试验
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利用CO_(2)气相压裂技术提高煤层透气性:以吉宁煤矿为例
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作者 杨鹏 韩锦华 《中国矿业》 北大核心 2024年第S02期301-307,共7页
为破解复杂低渗高瓦斯煤层瓦斯治理技术难题,本文以山西华晋吉宁煤矿2号煤层2203工作面为研究对象,通过采取CO_(2)气相压裂增透技术,对4组(共12个)抽采钻孔的瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采纯量进行分析,得出有效致裂影响范围,进一步评价瓦斯... 为破解复杂低渗高瓦斯煤层瓦斯治理技术难题,本文以山西华晋吉宁煤矿2号煤层2203工作面为研究对象,通过采取CO_(2)气相压裂增透技术,对4组(共12个)抽采钻孔的瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采纯量进行分析,得出有效致裂影响范围,进一步评价瓦斯抽采效果和防突效果。结果表明:该地质单元的有效致裂裂缝影响范围为6~7 m;常规抽采孔的瓦斯抽采纯量为0.018 m^(3)/min,与其相比,4组抽采钻孔百米瓦斯抽采纯量平均值为0.179 m^(3)/min,提升了8.9倍;在衰减区域,瓦斯抽采浓度均值64.7%、纯量均值0.150 m^(3)/min,在稳定区浓度,瓦斯抽采均值为73.2%、纯量均值0.188 m^(3)/min,相比稳定区域瓦斯抽采参数更高。该技术有效增大了2号煤层的透气性,提高了瓦斯抽采效率和煤巷掘进速度,减少了钻孔施工投入,缓解了采掘接替紧张的局面。 展开更多
关键词 瓦斯治理 co_(2)气相压裂 低渗高瓦斯煤层 卸压增渗 相变爆破
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液态CO_(2)相变致裂技术在水下清礁中的应用
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作者 黄一靖 《中国港湾建设》 2024年第9期82-87,共6页
液态CO_(2)相变致裂是以CO_(2)为介质的物理膨胀过程,具有良好的安全性、可控性、适用性。目前,该技术在水下清礁中的应用案例较少,尚缺乏指导性操作方案。文章通过福建南平港延平新城港区洋坑作业区码头工程实例,提出CO_(2)相变致裂单... 液态CO_(2)相变致裂是以CO_(2)为介质的物理膨胀过程,具有良好的安全性、可控性、适用性。目前,该技术在水下清礁中的应用案例较少,尚缺乏指导性操作方案。文章通过福建南平港延平新城港区洋坑作业区码头工程实例,提出CO_(2)相变致裂单孔能量计算方法,以及单方岩石致裂TNT当量初步取值,阐述了该技术在水下清礁施工中的主要技术参数推算方法。 展开更多
关键词 液态co_(2) 相变致裂 物理膨胀 水下清礁
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CO_(2)气相压裂煤层瓦斯参数测试及数值模拟分析
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作者 杨希培 杨百舸 徐锋懿 《现代矿业》 CAS 2024年第6期31-35,66,共6页
五虎山煤矿所开采的山西组9#煤层为高瓦斯难抽采煤层,回采期间瓦斯抽采效率低下,严重制约了煤矿的安全高效生产。为探究适配的CO_(2)气相压裂瓦斯治理技术方案,在瓦斯治理巷开展CO_(2)气相压裂瓦斯参数测试。测试结果表明,气相压裂过后... 五虎山煤矿所开采的山西组9#煤层为高瓦斯难抽采煤层,回采期间瓦斯抽采效率低下,严重制约了煤矿的安全高效生产。为探究适配的CO_(2)气相压裂瓦斯治理技术方案,在瓦斯治理巷开展CO_(2)气相压裂瓦斯参数测试。测试结果表明,气相压裂过后,平均瓦斯含量从8.26 m^(3)/t降低到7.67 m^(3)/t,降低了7%;Langmuir吸附体积由19.0969 cm^(3)/g提高到20.2657 cm^(3)/g,提高了6.12%;煤层透气性系数从0.022~0.027提高到0.780~0.791,提高了28~35倍。基于瓦斯参数测试结果,建立COMSOL Multiphysics流固耦合模型,模拟气相压裂前后瓦斯抽采半径。模拟结果表明,气相压裂后煤层瓦斯抽采半径大幅度提高,抽采180 d后抽采半径从0.63 m提高到4.13 m,提高5.56倍。在抽采时间为6个月时,可按照8 m的孔间距布置气相压裂钻孔,即可获得良好的瓦斯抽采效果。该研究成果可为类似条件煤矿的瓦斯治理提供借鉴。 展开更多
关键词 co_(2)气相压裂 煤层瓦斯 抽采半径
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CO_(2)准干法压裂技术研究及应用 被引量:13
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作者 罗成 《石油与天然气化工》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期83-87,共5页
致密砂岩气藏普遍具有储层物性差、孔喉细、黏土矿物含量高的特征,水力压裂易导致储层产生水敏、水锁等液相伤害,影响增产效果。针对此问题,研究了CO_(2)准干法压裂技术,重点开展了准干法压裂工作液组成、携砂性能、耐温耐剪切性能等方... 致密砂岩气藏普遍具有储层物性差、孔喉细、黏土矿物含量高的特征,水力压裂易导致储层产生水敏、水锁等液相伤害,影响增产效果。针对此问题,研究了CO_(2)准干法压裂技术,重点开展了准干法压裂工作液组成、携砂性能、耐温耐剪切性能等方面的研究,形成了一种液态CO_(2)中含有少量水基压裂液的均匀混合相体系,具有液相伤害小、造缝携砂性能好、现场操作性强等特点,可满足大砂量、高砂比压裂施工要求。该技术在冀东油田南堡5号构造深层致密砂岩气藏进行先导试验,压后单井日增油2.5倍,日增气8.6倍,增产效果理想。 展开更多
关键词 致密砂岩气 液相伤害 co2准干法压裂 压裂液性能 冀东油田
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液态CO_(2)煤层增透技术及应用研究 被引量:14
15
作者 赵丹 刘晓青 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第10期107-114,共8页
为增加煤层透气性,强化瓦斯抽采效果,提高瓦斯的利用率,提出低渗透煤层液态CO_(2)气爆致裂增透技术。基于煤矿瓦斯相关基础数据和液态CO_(2)爆破致裂增透机理,阐述液态CO_(2)爆破的原理、过程和能量的转化,分析液态CO_(2)气爆能量释放的... 为增加煤层透气性,强化瓦斯抽采效果,提高瓦斯的利用率,提出低渗透煤层液态CO_(2)气爆致裂增透技术。基于煤矿瓦斯相关基础数据和液态CO_(2)爆破致裂增透机理,阐述液态CO_(2)爆破的原理、过程和能量的转化,分析液态CO_(2)气爆能量释放的TNT当量转化;根据监测爆破过程中致裂器内CO_(2)压力变化过程曲线的变化情况,分析爆破过程中在致裂器内液态CO_(2)压力在4个不同阶段的变化。采用ANSYS/LS-DYNA模拟软件建立不同爆破参数下的爆破模型,模拟出单孔和双孔液态CO_(2)爆破演化过程,从Mises应力云图、煤岩损伤云图对比分析液态CO_(2)爆破效果。利用LS-DYNA有限元分析模拟软件对致裂器不同布置方式下煤岩损伤扩展规律进行模拟。根据数值模拟结果进行CO_(2)相变爆破工业试验,综合评价液态CO_(2)气爆致裂增透效果。结果表明:利用相对压力指标法测得单孔爆破半径约2.5 m,与数值模拟结果接近。经CO_(2)相变爆破后,煤层透气性系数比增透前提高了50多倍;瓦斯抽采体积分数比增透前提高了73.7%;抽采流量是普通抽采孔的5.1倍。数值模拟和现场井下工业试验结果均证明,采用液态CO_(2)爆破能够提高煤体吸附瓦斯的解吸率,增加低渗透高瓦斯煤层的透气性,促进煤岩体内原生缝隙的发育,使煤层瓦斯抽采效果明显提高。研究成果可为液态CO_(2)气爆工艺的实际施工提供理论依据,为我国低透气性煤层瓦斯抽采难题提供解决办法。 展开更多
关键词 煤层透气性 co_(2)相变爆破 致裂增透 煤岩气爆损伤
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CO_(2)相变致裂应力波传播及影响规律试验研究 被引量:3
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作者 何志坚 张诗童 +2 位作者 蒋楠 罗学东 雷宇 《爆破》 CSCD 北大核心 2022年第3期133-138,共6页
为探究CO_(2)相变致裂应力波传播及影响规律,基于自主研发的三向应变测试装置,设计了CO_(2)相变致裂应力波测试方案。利用动态应变测试系统采集CO_(2)相变致裂过程中的应变信号,分析了CO_(2)相变激发的应力波在岩体中的传播与影响规律... 为探究CO_(2)相变致裂应力波传播及影响规律,基于自主研发的三向应变测试装置,设计了CO_(2)相变致裂应力波测试方案。利用动态应变测试系统采集CO_(2)相变致裂过程中的应变信号,分析了CO_(2)相变激发的应力波在岩体中的传播与影响规律。研究结果表明:射流方向和垂直射流方向的峰值应力随传播距离的增大均呈指数型衰减,射流方向峰值应力大于垂直射流方向的峰值应力;CO_(2)充装量与定压剪切片厚度是影响CO_(2)相变致裂应力波的重要因素,剪切片厚度一定时,峰值应力随CO_(2)充装量增加而增大,但增大速率逐渐降低;CO_(2)充装量一定时,峰值应力随剪切片厚度增加而增大,且呈持续增长趋势。 展开更多
关键词 co_(2)相变致裂 动态应变测试 应力波
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CO_(2)相变致裂煤的显微构造特征与成因机制 被引量:9
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作者 曹运兴 张新生 +2 位作者 张军胜 郭帅房 孟兵兵 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期137-145,共9页
CO_(2)相变致裂是一种高效增渗、增抽和消突的新型煤矿瓦斯治理技术,应用效果显著。该技术的核心是高压动力载荷作用于煤层的强化造缝及其卸压增渗效应。然而,新生裂缝的形貌特征以及破坏成因机制研究薄弱。目前井下厘米—米级尺度裂缝... CO_(2)相变致裂是一种高效增渗、增抽和消突的新型煤矿瓦斯治理技术,应用效果显著。该技术的核心是高压动力载荷作用于煤层的强化造缝及其卸压增渗效应。然而,新生裂缝的形貌特征以及破坏成因机制研究薄弱。目前井下厘米—米级尺度裂缝的观察和描述,主要用于揭示煤层的造缝增透机理。更小尺度的微米级显微裂隙研究,可更系统和全面描述裂缝的形貌和发育规律,揭示CO_(2)相变致裂作用下煤的破坏机理。应用自行研制的高压CO_(2)冲击大型物模试验装置系统,对无烟煤试件进行了120 MPa高压CO_(2)冲击,基于场发射扫描电镜(FESEM)的观察,研究了微米级裂隙特征、发育规律及其形成机理。结果表明:(1)致裂后煤样的割理系统充分沟通,形成多尺度的复杂微裂隙网络。(2)煤基质破碎并发育大量微米尺度的新生显微构造,发现了3种典型显微构造是“损伤坑”“三翼型”裂隙和“页理状构造”。(3)CO_(2)的超临界相、气相、或者二者的混合相态冲击破碎近喷孔端煤样,冲击波可能是试件远端破坏造缝的主要力学机制。(4)显微构造的形成和损伤演化机制为:在煤基质表面形成损伤坑,并以损伤坑为中心形成“三翼型”张性锯齿状分支裂隙,多个“三翼型”裂隙组合形成复杂的微裂隙网络系统。强化造缝形成的复杂网状裂隙系统,是煤层卸压、增渗、增抽和高效消突的内在原因。 展开更多
关键词 co_(2)相变致裂 显微构造 网状裂隙 瓦斯治理 消突机理
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液态CO_(2)相变致裂对抽采有效半径影响的试验研究 被引量:10
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作者 衡献伟 付金磊 +1 位作者 李青松 马曙 《煤炭工程》 北大核心 2021年第10期126-130,共5页
针对轿子山煤矿M9煤层渗透率低、瓦斯含量高、压力大等特点,将液态CO_(2)相变致裂技术应用于本煤层增透工程试验。从多角度探究了CO_(2)相变致裂增透原理,通过分组对比试验,重点考察致裂孔不同施工顺序、不同装液量对有效抽采半径的影... 针对轿子山煤矿M9煤层渗透率低、瓦斯含量高、压力大等特点,将液态CO_(2)相变致裂技术应用于本煤层增透工程试验。从多角度探究了CO_(2)相变致裂增透原理,通过分组对比试验,重点考察致裂孔不同施工顺序、不同装液量对有效抽采半径的影响。结果表明:预抽时间相同时,先施工辅助钻孔致裂时会提供更多的裂隙通道,应力波传播时阻力降低更多,从而使瓦斯抽采有效半径更大;预抽时间90d内致裂孔瓦斯抽采有效半径与装液量呈正相关,预抽时间在90~150d时,在构造应力作用下,钻孔变形大,装液量越多的致裂孔瓦斯抽采有效半径越小;致裂后钻孔瓦斯抽采有效半径是普通孔的3.6~4.2倍,单孔抽采瓦斯纯流量平均增加2.9~5.8倍,瓦斯抽采浓度增加2.3~3.1倍,瓦斯有效预抽时间缩短65%以上。研究结果可为瓦斯抽采钻孔的合理布置提供参考依据。 展开更多
关键词 co_(2)相变致裂 瓦斯抽采 增透 抽采半径
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突出煤层CO_(2)气相压裂高效抽采防突掘进技术 被引量:13
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作者 杨百舸 张军胜 +1 位作者 令狐建设 曹运兴 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期85-94,共10页
我国煤矿煤与瓦斯突出灾害严重影响煤矿安全生产。尽管近10年来这一灾害事故大幅度减少,但恶性事故依然发生,给矿工生命和煤矿安全生产造成严重损失。国内外现阶段的防治瓦斯突出技术,如水力压裂、水力割缝、水力冲孔、深孔爆破、密集... 我国煤矿煤与瓦斯突出灾害严重影响煤矿安全生产。尽管近10年来这一灾害事故大幅度减少,但恶性事故依然发生,给矿工生命和煤矿安全生产造成严重损失。国内外现阶段的防治瓦斯突出技术,如水力压裂、水力割缝、水力冲孔、深孔爆破、密集钻孔等,不同程度地解决了防突安全掘进,但对于一些高瓦斯低渗透突出煤层,上述技术还难以从根本上解决消突安全快速掘进。所以,防突技术仍然是我国煤炭领域亟待攻关的重大科技难题。选取山西寿阳县新元煤矿31002工作面为试验案例,介绍CO_(2)气相压裂技术方法,并探讨其防突掘进效果。新元煤矿开采的山西组3号煤层为低渗透突出煤层,前期主要采用密集钻孔预抽瓦斯防突措施,抽采达标时间长,掘进速度慢。高效抽采瓦斯,防止煤与瓦斯突出,保障煤巷安全快速掘进,是新元煤矿安全高效生产的重大技术难题。在新元矿采取的气相压裂措施概况如下:在掘进工作面前方实施双钻孔气相压裂;完成9个瓦斯抽采钻孔以覆盖巷道两侧各15 m安全范围;全部11个钻孔联网抽采3~5 d,防突参数K1值达标后恢复掘进。试验数据表明,气相压裂抽采防突技术措施的强化抽采效果显著,抽采效率大幅度提高,煤炮等动力现象减少,K1值降低,掘进割煤时巷道瓦斯浓度得以降低和均化,保障了连续安全掘进。实践证明,CO_(2)气相压裂技术能够实现连续安全快速掘进理技术,在全国类似瓦斯地质条件煤矿中具有推广应用意义。 展开更多
关键词 煤矿瓦斯治理 突出煤层 co_(2)气相压裂 快速掘进 新元煤矿
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基于CO_(2)相变致裂技术的低渗透煤层钻孔参数优化研究 被引量:4
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作者 李青松 付金磊 +2 位作者 衡献伟 孙英豪 马曙 《煤炭技术》 CAS 北大核心 2021年第11期118-123,共6页
液态CO_(2)相变致裂钻孔参数的合理选取是避免大面积致裂空白区域及提高增透效果的关键。通过CO_(2)相变致裂p-T曲线,探究了液态CO_(2)致裂增透过程,采用有限差分数值模拟软件,建立了单孔、双孔数值模型,分析了致裂后煤体塑性区特征,确... 液态CO_(2)相变致裂钻孔参数的合理选取是避免大面积致裂空白区域及提高增透效果的关键。通过CO_(2)相变致裂p-T曲线,探究了液态CO_(2)致裂增透过程,采用有限差分数值模拟软件,建立了单孔、双孔数值模型,分析了致裂后煤体塑性区特征,确定了最优的钻孔参数。结果表明:(1)随着煤层地应力增加,液态CO_(2)致裂塑性区域范围呈先增加后减小变化趋势,随着致裂孔直径增加,孔径在φ100 mm左右时致裂效果较好;(2)采用数值模拟、理论计算2种方法确定最优致裂孔参数直径为φ94 mm、钻孔间距为3 m;(3)CO_(2)相变致裂井下试验后,致裂孔抽采孔平均瓦斯抽采纯量是普通抽采孔的4.76倍,瓦斯抽采浓度平均提高2.8倍,抽采达标时间缩短65%左右。合理选择液态CO_(2)致裂钻孔参数,能够为井下达到最优致裂增透效果及成本节约提供一定参考。 展开更多
关键词 co_(2)相变致裂 增透 钻孔参数 数值模拟 瓦斯抽采
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