临兴地区深部煤岩力学性质及其对煤储层压裂的影响

高向东; 王延斌; 倪小明; 陶传奇; 赵石虎

临兴地区深部煤岩力学性质及其对煤储层压裂的影响

东华理工大学地球科学学院;中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院;河南理工大学能源科学与工程学院;辽宁石油化工大学矿业工程学院

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出版历程
- 网络出版日期: 2023-05-23
- 发布日期: 2020-12-30

摘要

摘要: 煤、岩力学性质是影响煤储层压裂改造效果的关键因素。基于煤的原位条件的全应力-应变试验、煤和顶底板围岩的单轴和三轴力学参数统计，结合FracproPT压裂模拟软件，揭示了深部煤储层原位力学性质，查明了研究区煤、岩组合特征及力学性质差异，探讨了煤、岩力学性质对深部煤储层压裂的影响。研究结果表明：随着温度的增加，煤的弹性减弱，塑性增强，力学强度呈减弱趋势。温度对煤力学性质的影响很小，对于煤整体的力学强度而言，这种影响可以忽略不计。应力增强了煤岩弹性性能和力学强度，且影响显著，在不同的应力范围内其影响特征不同。在弹性变形阶段，随着有效围压的增大，煤的弹性模量增大，泊松比减小，但是在不同围压条件下，弹性模量和泊松比随应力的变化显示出不同的特征。当有效围压为20 MPa时，随着轴向应力的增大，煤的弹性模量和泊松比先快速增大后逐渐恒定。当有效围压为10 MPa时，弹性模量和泊松比在轴向应力加载初期也呈快速增大趋势，但泊松比在轴向应力为10 MPa附近经历短暂的稳定后继续增大。当有效围压为30 MPa时，弹性模量和泊松比开始就是一个相对恒定的值，缺少弹性模量和泊松比的上升段。在塑性变形阶段，随着有效围压的增大，塑性变形发生时对应的应力和应变值增大，且屈服点更加显现，表明随着有效围压的增大，煤的塑性变形延迟出现。在残余强度阶段，随着有效围压的增大，煤的残余强度也有所提高。研究区煤层与顶底板存在7种组合类型，以泥岩-煤-泥岩为主，细砂岩-煤-细砂岩次之，力学性能按照煤、炭质泥岩、泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩、中砂岩的顺序增强。煤岩弹性模量越大，压裂容易形成高、窄、短缝;煤、岩弹性模量差越大，压裂容易形成矮、长、宽缝。
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期刊类型引用(15)

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