王博,姜在炳,杜天林,贾立龙,牟全斌,杨建超,陈崇枫,李浩哲

• 1:中煤科工集团西安研究院有限公司
• 2:西安科技大学

摘要(Abstract)：

针对煤矿碎软低渗煤层，提出了煤层顶板水平井分段压裂瓦斯治理模式。通过建立应力-渗流-损伤耦合的理论模型，运用数值模拟的方法模拟了煤层顶板水平井水力压裂裂缝扩展过程，结果表明紧邻煤层顶板岩石的裂缝能够延展至煤层，且在顶板岩石的撕裂作用下，煤层内的裂缝能够快速延展。应用产能模拟的方法对分段压裂水平井的产能进行了模拟，分析瓦斯抽采的效率，优选了分段压裂的压裂缝长度、压裂段数，认为在淮北矿区祁东煤矿的地质条件下，压裂裂缝的长度为80 m,裂缝间距为63 m,抽采效果最佳。通过工程验证，说明煤层顶板水平井分段压裂技术是国内碎软低渗煤层地面瓦斯高效抽采的有效模式。

关键词(KeyWords)： 水平井;瓦斯抽采;裂缝扩展规律;产能模拟

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 陕西省自然基础研究计划项目(2022JQ-458);; 中煤科工集团西安研究院有限公司科技创新基金项目(2020XAYDC04)

作者(Author): 王博,姜在炳,杜天林,贾立龙,牟全斌,杨建超,陈崇枫,李浩哲

参考文献(References)：

• [1]第五次气候评估报告[R].政府间气候变化专门委员会，2013.
• [2]王国法，任世华，庞义辉，等.煤炭工业“十三五”发展成效与“双碳”目标实施路径[J].煤炭科学技术，2021,49(9):1-8.
• [3]刘佳.我国煤层气(煤矿瓦斯)抽采利用现状与对策分析[J].中国煤层气，2015,12(4):44-47.
• [4]张群，葛春贵，李伟，姜在炳，等.碎软低渗煤层顶板水平井分段压裂煤层气高效抽采模式[J].煤炭学报，2018,43(1):150-159.
• [5]方佳伟，韩保山，周加佳，等.基于工作面全覆盖的地面瓦斯高效抽采模式研究[J].煤田地质与勘探，2020,48(3):81-85.
• [6]贾建称，陈晨，董夔，等.碎软低渗煤层顶板水平井分段压裂高效抽采煤层气技术研究[J].天然气地球科学，2017,28(12):1873-1881.
• [7]李彬刚.芦岭煤矿碎软低渗煤层高效抽采技术[J].煤田地质与勘探，2017,45(4):81-84,93.
• [8]张东亮.碎软低渗煤层顶板水平井条带瓦斯预抽技术[J].煤矿安全，2019,50(4):72-76.
• [9]姜在炳，李浩哲，方良才，等.紧邻碎软煤层顶板水平井分段穿层压裂裂缝延展机[J].煤炭学报，2020,45(S2):922-931.
• [10]李浩哲，姜在炳，舒建生，等.水力裂缝在煤岩界面处穿层扩展规律的数值模拟[J].煤田地质与勘探，2020,48(2):106-113.
• [11]李浩哲，姜在炳，范耀.基于裂缝尖端应力强度因子的裂缝穿层行为分析[J].西安石油大学学报(自然科学版),2019,34(1):76-82,126.
• [12]许耀波.应力干扰下煤层顶板水平井穿层分段压裂规律[J].煤田地质与探，2020,48(4):11-18.
• [13]张晓咏，戴自航.应用ABAQUS程序进行渗流作用下边坡稳定分析[J].岩石力学与工程学报，2010,29(S1):2927-2934.
• [14]毛昶熙.渗流计算分析与控制[M].北京：中国水利水电出版社，2003.
• [15]李培超.多孔介质流-固耦合渗流数学模型研究[J].岩石力学与工程学报，2004(16):2842.
• [16]费康.ABAQUS在岩土工程中的应用[M].北京：中国水利水电出版社，2010.
• [17]岳庆霞，李杰.软件ABAQUS在饱和土体动力响应分析中的应用[J].地震工程与工程振动，2006,26(3):238-241.
• [18]陈卫忠，伍国军，贾善坡.Abaqus在隧道及地下工程中的应用[M].北京：中国水利水电出版社，2009.
• [19]张瑛堃，陈尚斌，李学元，等.页岩气储层水力压裂扩展有限元模拟方法及应用[J].天然气地球科学，2021,32(1):109-118.
• [20]BELYTSCHKO T,BLACK T.Elastic crack growth in finite elements with minimal remeshing[J].International Journal for Numerical Methods in Engineering,1999,45(5):601-620.
• [21]曾青冬，姚军.基于扩展有限元的页岩水力压裂数值模拟[J].应用数学和力学，2014,35(11):1239-1248.
• [22]SEPEHRI J.Application of extended finite element method(XFEM) to simulate hydraulic fracture propagation from oriented perforations[D].Lubbock:Texas Tech University,2014.
• [23]郭历伦，陈忠富，罗景润，等.扩展有限元方法及应用综述[J].力学季刊，2011,32(4):612-625.
• [24]谢海.扩展有限元法的研究[D].上海：上海交通大学，2009.
• [25]薛炳，张广明，吴恒安，等.油井水力压裂的三维数值模拟[J].中国科学技术大学学报，2008(11):1322-1325,1347.
• [26]熊佩.基于XFEM的水力压裂裂缝扩展形态研究[J].重庆科技学院学报(自然科学版),2021,23(4):64-70.
• [27]龚迪光，曲占庆，李建雄，等.基于ABAQUS平台的水力裂缝扩展有限元模拟研究[J].岩土力学，2016,37(5):1512-1520.
• [28]何接.页岩气井工厂开发模式优化研究[D].陕西西安：西安石油大学，2019.