為揭示地應(yīng)力環(huán)境對周期注水應(yīng)力改造提高壓裂效果的影響規(guī)律,以黑龍江雙鴨山礦區(qū)煤系頁巖為研究對象,克服煤系頁巖非均質(zhì)性,利用相似比制作型頁巖試件,開展了實(shí)驗(yàn)室真三軸水力壓裂試驗(yàn)。利用聲發(fā)射技術(shù)監(jiān)測裂縫起裂和擴(kuò)展特征,通過RA-AF散點(diǎn)分布特征給出了應(yīng)力改造和壓裂階段主導(dǎo)裂縫類型,分析得到了周期注水應(yīng)力改造下水平地應(yīng)力差對裂縫特征以及裂縫起裂、擴(kuò)展的影響規(guī)律,提出了起裂階段與擴(kuò)展階段聲發(fā)射判斷指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果表明:應(yīng)力改造階段裂縫起裂與擴(kuò)展以微裂縫為主,剪切型微裂縫占比波動(dòng)上升,第2個(gè)周期裂縫主頻范圍最大,裂縫發(fā)育最為活躍;壓裂階段裂縫起裂與擴(kuò)展以宏觀裂縫為主,張拉型裂縫占比呈增加趨勢,當(dāng)水平地應(yīng)力差與注水壓力接近2.0MPa時(shí),張拉型裂縫占比最大,分布范圍最廣,壓裂效果最顯著。另外,本文提出了裂縫起裂與擴(kuò)展階段聲發(fā)射判斷指標(biāo)為平均聲發(fā)射能率k。k降幅在37.74%以上時(shí),裂縫由起裂階段進(jìn)入擴(kuò)展階段。周期注水應(yīng)力改造可以減小水平地應(yīng)力差對裂縫擴(kuò)展的約束能力,促進(jìn)微裂縫大量發(fā)育、溝通天然裂縫形成縫網(wǎng),從而提高頁巖氣開采率。 

【文章來源】：應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào). 2020年03期 北大核心

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

水平地應(yīng)力差為2MPa時(shí)注水壓力與聲發(fā)射能量變化曲線Fig.6Changecurveofwaterinjectionpressureandacousticemissionenergywhenhorizontalstressdifferenceis2MPa

能性。本文以實(shí)際工程為背景，以煤系頁巖為研究對象，利用課題組自主研制的真三軸試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，采用聲發(fā)射進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，探究水平地應(yīng)力差對周期注水應(yīng)力改造下煤系頁巖水力壓裂規(guī)律。2試驗(yàn)方法2.1試件制備黑龍江雙鴨山礦區(qū)煤系頁巖含量大，具有煤系頁巖典型性，以此為研究對象研究水平地應(yīng)力差對周期注水應(yīng)力改造下煤系頁巖水力壓裂規(guī)律，采集完成后用保鮮膜包裹并運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室。通過對原巖的加工發(fā)現(xiàn)，原巖不易切割、加工，不利于展開單因素研究，所以本文利用相似材料展開試驗(yàn)。煤系頁巖巖樣見圖1。圖1煤系頁巖巖樣Fig.1Coalshalerocksample原巖試件通過單軸壓縮試驗(yàn)測得原巖彈性模量為0.76GPa，泊松比為0.213。由于抗拉強(qiáng)度是影響水力壓裂裂縫起裂擴(kuò)展的主要因素，以此為依據(jù)分別對原巖和相似材料進(jìn)行巴西劈裂試驗(yàn)(如圖2所示)，結(jié)果如表1所示，選最優(yōu)配比方案。圖2原巖與相似模型巴西劈裂試件Fig.2OriginalrockandsimilarmodelBrazilsplittingspecimens表1原巖與相似材料抗拉強(qiáng)度對比(單位：MPa)Tab.1Comparisonoftensilestrengthbetweenoriginalrockandsimilarmaterials(unit：MPa)組數(shù)(groupnumber)平均值123(averagevalue)原巖(originalrock)4.5793.9114.6224.371相似材料1(similarmaterials1)0.6820.6260.6290.646相似材料2(similarmaterials2)0.6160.5030.5250.551相似材料3(similarmaterials3)0.5100.4830.4340.476根據(jù)力學(xué)模型的相似理論，確定相似比為10，由表1可知相似材料3更符合原巖特性，因而確定相似材料質(zhì)量比為水泥∶石英砂∶水=1∶6∶0.6，添加石膏以模擬原巖脆性，石膏5%，選擇粒徑小

逞液?看螅?哂忻合?頁巖典型性，以此為研究對象研究水平地應(yīng)力差對周期注水應(yīng)力改造下煤系頁巖水力壓裂規(guī)律，采集完成后用保鮮膜包裹并運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室。通過對原巖的加工發(fā)現(xiàn)，原巖不易切割、加工，不利于展開單因素研究，所以本文利用相似材料展開試驗(yàn)。煤系頁巖巖樣見圖1。圖1煤系頁巖巖樣Fig.1Coalshalerocksample原巖試件通過單軸壓縮試驗(yàn)測得原巖彈性模量為0.76GPa，泊松比為0.213。由于抗拉強(qiáng)度是影響水力壓裂裂縫起裂擴(kuò)展的主要因素，以此為依據(jù)分別對原巖和相似材料進(jìn)行巴西劈裂試驗(yàn)(如圖2所示)，結(jié)果如表1所示，選最優(yōu)配比方案。圖2原巖與相似模型巴西劈裂試件Fig.2OriginalrockandsimilarmodelBrazilsplittingspecimens表1原巖與相似材料抗拉強(qiáng)度對比(單位：MPa)Tab.1Comparisonoftensilestrengthbetweenoriginalrockandsimilarmaterials(unit：MPa)組數(shù)(groupnumber)平均值123(averagevalue)原巖(originalrock)4.5793.9114.6224.371相似材料1(similarmaterials1)0.6820.6260.6290.646相似材料2(similarmaterials2)0.6160.5030.5250.551相似材料3(similarmaterials3)0.5100.4830.4340.476根據(jù)力學(xué)模型的相似理論，確定相似比為10，由表1可知相似材料3更符合原巖特性，因而確定相似材料質(zhì)量比為水泥∶石英砂∶水=1∶6∶0.6，添加石膏以模擬原巖脆性，石膏5%，選擇粒徑小于1mm的石英砂為骨料，水泥為膠結(jié)劑。將以上材料均勻混合放置在內(nèi)壁涂滿油的200mm×200mm×200mm的ABS模具內(nèi)，充分搗鼓以消除氣泡，填滿ABS模具并將表面抹平，放置于室內(nèi)，靜置24h脫模，在室內(nèi)溫度及適度條件下養(yǎng)護(hù)28天，

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：2925794