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《煤层控制水力压裂裂缝导向扩展理论与技术》是在十二五、十三五 科技重大专项、 自然科学基金面上基金、 自然科学基金杰出青年基金、 创新团队基金的资助下的主要研究成果，《煤层控制水力压裂裂缝导向扩展理论与技术》详细阐述了水力压裂损伤煤岩及煤层气（瓦斯）运移理论、煤层可控水力压裂裂缝导向扩展理论及其在工程中的应用，《煤层控制水力压裂裂缝导向扩展理论与技术》共分为8章，分别为绪论、水压作用下煤岩微观损伤及破坏模型、煤层水力压裂起裂及瓦斯运移模型、割缝导向水压裂缝扩展理论及技术、基于孔隙压力梯度的导向压裂理论及技术、射流割缝复合水力压裂增透理论及技术、煤层清洁压裂液增透抽采机理与技术、煤矿井下可控水压裂评价体系。

目录

第1章 绪论 1

1.1 概述 1

1.2 煤层气资源概况及开发现状 3

1.2.1 国外煤层气的资源分布和开发现状 3

1.2.2 我国煤层气资源情况及储层特点 5

1.3 外煤层水力压裂理论与技术研究现状 7

1.3.1 水力压裂技术的发展 7

1.3.2 煤层地面水力压裂技术 8

1.3.3 煤矿井下水力压裂技术 9

1.4 煤层水压裂缝扩展理论与导向方法 10

1.4.1 水压裂缝起裂及扩展研究现状 11

1.4.2 导向压裂方法研究现状 13

参考文献 16

第2章 水压作用下煤岩微观损伤及破坏模型 20

2.1 煤体注气与注液的裂隙孔隙研究 20

2.1.1 煤体注气与注液的裂隙孔隙研究现状 20

2.1.2 实验设备研究现状 21

2.2 基于核磁共振的煤体裂隙孔隙动态演化监测实验 23

2.2.1 原煤样品物理参数测定 23

2.2.2 煤体裂隙孔隙动态监测实验 30

2.2.3 恒定围压与恒定注压条件下裂隙孔隙动态演化 36

2.2.4 注压对裂隙孔隙动态演化的影响 37

2.2.5 围压对裂隙孔隙动态演化的影响 39

2.2.6 煤体注水过程中裂隙孔隙动态演化规律 40

2.3 煤体注水过程中裂隙孔隙动态演化机理分析 42

2.3.1 裂隙孔隙应力理论 42

2.3.2 煤体注水过程中裂隙孔隙动态演化机理 44

2.3.3 煤体裂隙孔隙动态演化模型 46

2.3.4 裂隙孔隙动态演化规律在水力压裂中的应用 47

2.4 含水-瓦斯煤岩力学性质及破坏准则 48

2.4.1 水-瓦斯-煤三相耦合理论 48

2.4.2 煤体基质吸力与含水率的关系 51

2.4.3 含水-瓦斯煤岩三轴压缩强度实验 53

参考文献 56

第3章 煤层水力压裂起裂及瓦斯运移模型 59

3.1 煤层赋存特点及应力状态分析 59

3.1.1 煤层赋存特点 59

3.1.2 煤层地应力状态 60

3.1.3 水力压裂钻孔孔壁应力状态分析 60

3.2 煤层水力压裂起裂模型 63

3.2.1 煤层水力压裂起裂计算模型 63

3.2.2 煤层水力压裂起裂规律研究 64

3.3 煤层水力压裂裂缝起裂扩展相似模拟实验 71

3.3.1 实验方案设计 71

3.3.2 试验系统 74

3.3.3 煤层水力压裂裂缝起裂扩展规律 75

3.4 煤层水力压裂顶板损伤机理研究 81

3.4.1 煤层水力压裂顶板变形力学模型 81

3.4.2 煤层水力压裂顶板变形数值分析 87

3.5 煤层水力压裂瓦斯运移富集规律 92

3.5.1 水-气驱替基本原理 92

3.5.2 水力压裂过程中流体渗流的基本方程 95

3.5.3 煤层水力压裂瓦斯运移模型 97

3.5.4 煤层水力压裂瓦斯运移规律 101

参考文献 103

第4章 割缝导向水压裂缝扩展理论及技术 105

4.1 技术背景 105

4.2 割缝导向压裂裂缝导向距离预测模型 106

4.3 割缝导向压裂相似实验 111

4.3.1 试样的确定及基本参数测试 111

4.3.2 不同条件下割缝深度变化规律测试实验 112

4.3.3 实验装置和样品制备 115

4.3.4 实验设计和步骤 116

4.3.5 实验结果 117

4.4 割缝导向压裂裂缝起裂及扩展规律实验 120

4.4.1 试样的制作及实验条件 120

4.4.2 割缝导向压裂裂缝扩展形态分析 123

4.4.3 割缝导向压裂起裂压力变化规律分析 125

4.5 割缝导向压裂现场对比试验研究 127

4.5.1 试验地点概况 127

4.5.2 试验装备及钻孔布置方式 128

4.5.3 不同技术方法瓦斯抽采效果考察 130

参考文献 132

第5章 基于孔隙压力梯度的导向压裂理论及技术 134

5.1 割缝导向压裂方法及原理 134

5.2 孔隙压力梯度诱导裂缝起裂及扩展理论 135

5.2.1 孔隙压力梯度对起裂压力的影响 135

5.2.2 孔隙压力梯度对裂缝扩展的影响 137

5.2.3 孔隙压力梯度对煤层水压裂缝扩展数值分析 138

5.3 水力割缝构建煤体内裂缝诱导区的作用机制 142

5.3.1 模型的建立及模拟参数确定 142

5.3.2 割缝偏差角对煤体应力场影响规律 144

5.3.3 应力差异系数对煤体应力场影响规律 147

5.3.4 水力割缝对 主应力方向影响规律 148

5.4 割缝导向压裂裂缝扩展控制路径演化规律分析 150

5.4.1 真实破坏过程分析介绍 150

5.4.2 模型设计及数值方案 150

5.4.3 割缝导向压裂裂缝扩展路径变化规律 152

5.4.4 割缝导向压裂声发射演化过程分析 154

5.5 煤矿井下多孔联合压裂技术工艺及参数研究 155

5.5.1 煤矿井下多孔联合压裂技术工艺 155

5.5.2 煤矿井下多孔联合压裂工艺参数研究 158

5.5.3 煤矿井下多孔联合压裂技术现场试验 160

参考文献 165

第6章 射流割缝复合水力压裂增透理论及技术 166

6.1 射流割缝复合压裂方法及原理 166

6.1.1 高压水射流割缝卸压效果分析 166

6.1.2 缝槽周围塑性破坏区域分析 172

6.1.3 射流割缝复合压裂方法的提出 175

6.2 射流割缝复合压裂裂缝扩展机理 176

6.2.1 非均质煤岩水压裂缝卸压扩展模型 177

6.2.2 缝槽卸压区裂隙带分布及对水压裂缝扩展的影响 182

6.2.3 射流割缝复合水压裂缝扩展过程分析 187

6.2.4 射流割缝复合压裂裂缝扩展影响因素分析 190

6.3 射流割缝复合压裂瓦斯运移机理 192

6.3.1 复杂裂缝渗流特性理论研究 192

6.3.2 压裂后煤层瓦斯运移计算模型 194

6.3.3 瓦斯运移富集区现场实验 199

6.4 射流割缝复合压裂技术及工艺 205

6.4.1 射流割缝复合压裂工艺参数计算 206

6.4.2 射流割缝复合压裂现场施工步骤 206

参考文献 207

第7章 煤层清洁压裂液增透抽采机理与技术 209

7.1 压裂液对煤层压裂效果的影响 209

7.1.1 煤层压裂液研究现状 209

7.1.2 压裂液对煤层瓦斯吸附解吸影响 212

7.1.3 压裂液对煤层瓦斯渗流影响 213

7.2 煤矿井下低透煤层压裂液优选 215

7.2.1 煤矿井下低透煤层压裂液性能分析 215

7.2.2 煤矿井下低透煤层压裂液组分优选 220

7.2.3 煤矿井下清洁压裂液配比优选 223

7.3 清洁压裂液对煤层瓦斯吸附特性影响研究 245

7.3.1 水与清洁压裂液对煤层Zeta电位影响研究 246

7.3.2 水与清洁压裂液对煤层瓦斯吸附特性影响机理研究 247

7.3.3 水与清洁压裂液对煤层瓦斯吸附特性影响实验研究 254

7.4 清洁压裂液对煤层瓦斯渗流特性影响研究 257

7.4.1 水与清洁压裂液对煤层瓦斯渗流特性影响机理研究 258

7.4.2 水与清洁压裂液对煤层瓦斯渗流特性影响实验研究 260

7.5 清洁压裂液强化煤层瓦斯解吸抽采现场试验研究 265

7.5.1 试验地点概况 266

7.5.2 试验钻孔布置方式 267

7.5.3 清洁压裂液现场试验过程 269

7.5.4 瓦斯抽采对比分析 271

参考文献 273

第8章 煤矿井下可控水力压裂评价体系 276

8.1 煤矿井下可控水力压裂评价方法 276

8.1.1 基于钻孔观察的水力压裂范围分析 276

8.1.2 基于煤层参数测量的水力压裂范围分析 277

8.1.3 基于物探法测试水力压裂范围研究 280

8.2 煤矿井下可控水力压裂评价指标 282

8.2.1 效果评价指标 282

8.2.2 效果评价表 282

参考文献 283

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书籍介绍

《煤层控制水力压裂裂缝导向扩展理论与技术》是在十二五、十三五*科技重大专项、*自然科学基金面上基金、*自然科学基金杰出青年基金、教育部创新团队基金的资助下的主要研究成果，《煤层控制水力压裂裂缝导向扩展理论与技术》详细阐述了水力压裂损伤煤岩及煤层气（瓦斯）运移理论、煤层可控水力压裂裂缝导向扩展理论及其在工程中的应用，《煤层控制水力压裂裂缝导向扩展理论与技术》共分为8章，分别为绪论、水压作用下煤岩微观损伤及破坏模型、煤层水力压裂起裂及瓦斯运移模型、割缝导向水压裂缝扩展理论及技术、基于孔隙压力梯度的导向压裂理论及技术、射流割缝复合水力压裂增透理论及技术、煤层清洁压裂液增透抽采机理与技术、煤矿井下可控水压裂评价体系。