刘超, 靖洪文, 蔚立元, 张东明, 刘义鑫. 高压流体注入对煤岩变形和破裂特性的影响[J]. 煤炭学报, 2022, 47(5): 2027-2040.
引用本文: 刘超, 靖洪文, 蔚立元, 张东明, 刘义鑫. 高压流体注入对煤岩变形和破裂特性的影响[J]. 煤炭学报, 2022, 47(5): 2027-2040.

高压流体注入对煤岩变形和破裂特性的影响

  • 摘要: 煤岩储层中孔隙压力、地应力和煤岩自身结构的耦合效应对煤体内裂纹的萌生、扩展以及破裂特性起着显著作用。 以原煤为研究对象,进行了真三轴应力条件下高压流体致裂煤岩试验,以探究不同水平应力差(或中间主应力)和不同黏度流体耦合作用下煤体内裂隙扩展规律和破裂模式。 得到流体压力峰值随中间主应力的增加而减小,且注水产生的流体压力峰值相比液态 CO2 和 N2较大。 随着中间主应力的减小,煤体破碎程度加剧。 低中间主应力水平下,煤体内主要形成沿层理面及层理面附近扩展的拉伸裂隙。 高中间主应力水平下,煤体内主裂隙呈斜穿层理结构的剪切破坏特性,形成了较大的煤块。 孔隙压力增加过程中,裂隙扩展行为包括:1 煤颗粒翻转;2 高压流体作用下诱发拉伸裂隙所引起的层理平移;3 偏应力作用下诱发剪切裂纹穿越层理而形成宏观剪切滑移面;4 剪切裂纹在拉伸裂纹处中止扩展。 因有效应力各向异性特性,煤体内孔隙压力增大使得最大偏应力也相应增大,最终导致煤体失稳破裂。 基于此,提出修正裂纹滑动模型,获得了流体注入过程中裂纹密度参数随流体压力的增加而增大,随水平应力差的增加而减小,这与原煤的应变变化一致。 由于水的黏度较大,裂纹密度参数在增压注水时相比注液态 CO2 和 N2 情况下较小,表明低黏度流体可以激活更多的孔隙裂隙。

     

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