水力壓裂鉆孔起裂位置的力學分析

摘 要：井下水力壓裂可有效提高儲層透氣性，解決低透氣性煤層瓦斯抽放難問題。水力壓裂鉆孔起裂位置影響因素較多，其中地應力大小和方向為主要因素，文章運用UDEC軟件對鉆孔周圍應力進行模擬，得到預定條件下的鉆孔起裂位置，為井下水力壓裂鉆孔的布置提供指導。

關鍵詞：水力壓裂；起裂位置；瓦斯抽采；數值模擬

中圖分類號：TE349 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）3-0154-02

煤層瓦斯抽放是治理礦井瓦斯、防止煤與瓦斯突出最有效方法之一，然而我國95%的高瓦斯和突出礦井所采煤層屬于低滲透煤層，煤層透氣性系數在10-3～10-4 mD數量級上，傳統的瓦斯抽采工藝瓦斯抽放半徑小，抽采率低下，瓦斯超限頻繁，嚴重威脅煤礦的生產安全。

低滲透率煤層嚴重制約著瓦斯抽放技術的推廣。因此，對于低滲透性煤層需要采取增透措施，提高抽采效果。水力壓裂作為一項增產措施，已經廣泛用于油氣領域并取得顯著的效果。1965年由煤炭科學總院沈陽研究院在全國首次應用于煤層強化瓦斯抽放領域。井下水力壓裂是將地面水力壓裂技術應用于井下，通過向鉆孔以大于儲層濾失的速率向儲層中注入高壓液體，當液體壓力達到鉆孔最弱煤（巖）處的破裂壓力時，裂縫在該處形成，并隨著液體的持續泵注延伸。裂縫的產生和擴展受到諸多因素的影響，如地應力大小和方向、儲層的力學性質和其中天然裂隙發育程度等。其中地應力大小和方向作為主要的因素，本文采用理論分析和數值模擬的方法就地應力對裂縫起裂位置的影響進行分析，找出起裂位置和地應力的關系。

1 鉆孔周圍應力分析

3 結 論

①水力壓裂通過在煤層中產生裂縫，可以提高煤層透氣性系數，水力壓裂裂縫方向及起裂位置主要受到地應力、地層巖性等因素影響。

②在僅考慮地應力作用下，水力壓裂鉆孔起裂位置受側壓系數的影響。當裂縫將在水平方向起裂；當時，裂縫將在垂直方向起裂。

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