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陕北榆神矿区煤层开采面临顶板水害防治与水资源协同保护技术需求,根据材料力学、断裂力学相关理论,以及不同覆岩类型的采动裂隙带统计成果,提出基于预裂–注浆改性(P-G)的煤层顶板失水控制技术思路,其基本原理为通过压裂工艺将连续性好的基岩层压裂成非连续性岩层,削弱采动导水裂隙在坚硬岩层中向上扩展的“尖端效应”,抑制导水裂隙发育高度。再采用黏土类软弱注浆材料将岩层改性为相对软弱的岩层,起到抑制导水裂隙带向上发育与降低上覆岩层导水能力的双重作用,从而实现煤层顶板含水层失水控制。本文以陕北能源基地榆神矿区为对象,提出以采煤工作面地质与水文地质条件分析,采煤工作面顶板含水层涌(失)水模式识别,P-G模式、层位与时间确定,顶板岩层水平孔水力压裂与注浆改性为主要思路,对榆神矿区采煤工作面顶板含水层失水控制方法进行了探讨,为我国陕北能源基地榆神矿区顶板水害防治和水资源协同保护技术实践提供一定的借鉴。 相似文献
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《水文地质工程地质》2015,(4)
厚风积沙薄基岩浅埋煤层实现保水开采,关键是煤层开采后在上覆岩层中形成的导水裂隙带是否破坏了含水层底部隔水层的稳定性。在分析含、隔水层的分布特征以及基岩层的物理力学特性的基础上,结合采动岩层内部移动变形规律,推导了岩层层向拉伸变形的计算公式,给出了一种预计导水裂隙带高度的预测方法,并结合相似模拟实验确定了厚风积沙薄基岩浅埋煤层开采覆岩导水裂隙带发育高度,研究成果为保水开采提供了理论指导。 相似文献
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随着我国社会、经济的快速发展和人民生活水平的不断提高,水资源供需矛盾日益突出。特别近几年,我国西南、西北、华北等许多地区发生持续干旱,当地的人畜用水极度困难。抗旱找水打井工作十分迫切。针对我国基岩水井取水存在部分水井出水量偏低的状况,从基于水井压裂机理、压裂液、压裂工艺等方面开展了分段压裂增水技术研究工作,并进行了试验。成功探索出一套适合我国国情的水文水井用水力压裂技术,为我国合理开发和利用地下水资源,缓解基岩山区水资源紧张提供了技术支撑。 相似文献
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基岩水井压裂增水技术自研发以来取得较为良好的增产效果,但该技术目前仍存在适用性差、增产效果不确定等问题。基于压裂增水过程中流体流态和裂缝宽度影响因素分析的结果,确定了提高压裂液粘度是较为经济、有效的增产技术措施。开展了水井和中低温地热井清洁型凝胶压裂液配方的设计工作,进行了稠化剂、pH值调节剂、交联剂和破胶剂选配与性能实验,研发了适用于水井和中低温地热井（30~80 ℃）清洁型凝胶压裂液体系并开展现场试验。对凝胶压裂液配液应用难点与使用成本进行了分析,进一步补充完善了水井压裂增水技术在压裂液方向的研究。 相似文献
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岩层阻水性能及自然导升高度研究 总被引：2，自引：1，他引：1
在沉积、成岩或者构造运动过程中,由于含水层内超压流体引起围岩爆裂导致流体在弱渗透层或者隔水层中导升,形成含水层的自然导升带。影响岩层阻水性能以及导升高度的因素有:构造、地应力、岩层渗透性和力学特性及其物理化学性质、水压力等。实验表明:初始水头压力越大,水头衰减速率就越大;水头压力损耗随着介质的渗透系数增大而减小。实际观测表明:泥岩、粉砂岩、中砂岩、灰岩的阻水性能由大到小,而导升高度则由小变大。通过实验和实际观测总结出流体3种导升机制:局部关键层整体破断裂缝、欠压实带中的壳破裂裂缝和水力压裂裂缝。 相似文献
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顺倾边坡岩层滑移弯曲临界长度及其影响因素分析 总被引：3，自引：0，他引：3
基于顺倾边坡岩层滑移弯曲的弹性微分方程及其精确解,应用能量原理建立了岩层滑移弯曲失稳的临界长度计算式,归纳出主要影响因素,并应用优势分析法探讨了各影响因素的主次关系。分析结果表明：岩层单层厚度、滑移面力学性质、岩体弹性模量和坡角是影响顺倾边坡岩层滑移弯曲的主要因素,其影响程度由大到小依次为岩层单层厚度、滑移面的力学性质、岩层倾角和弹性模量。 相似文献
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心墙是否会发生水力劈裂关系土石坝的安全,该问题的难点和关键之一是水力劈裂的发生机制和条件。利用自制模型,在2种不同加压速率条件下,对有无初始裂缝和5种不同初始裂缝深度的试样进行了水力劈裂试验;结合数值模拟和CT观测试验,验证了水力劈裂的楔劈效应机制-当水压力作用在初始裂缝形成的劈背上,引起劈刃上的力超过临界值时就可能导致发生水力劈裂。研究结果表明：初始裂缝深度越大、加压速率越高,越容易发生水力劈裂。为避免土石坝发生水力劈裂破坏,应注意心墙迎水面的施工质量和平整性,宜采用较慢的蓄水方案。 相似文献
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为了明确富油气凹陷中热液流体活动的发育特征及其对储集层的改造作用,以渤海湾盆地歧口凹陷为研究对象,通过岩心、薄片、XRF元素扫描、扫描电镜观察和地层水矿化度、热解、包裹体均一温度、黏土矿物、微量元素、稀土元素、常规物性等资料,分析了歧口凹陷热液流体活动发育的证据,明确其对不同类型储层的改造方式,认为歧口凹陷中热液流体活动较为发育,对于储集层有较强的改造作用.研究结果表明:歧口凹陷中热液流体活动发育的标志包括热液角砾岩、斑马状结构、褪色泥岩和多种类型的热液矿物组合;地层水矿化度异常高;具有异常高Tmax或S1与S2值的泥岩;包裹体均一化温度超过正常热演化最高温度;浅层砂岩中高岭石质量分数异常高和中深层砂岩中绿泥石质量分数的异常高值;泥岩中Zn、Cd、Ba和Pb等微量元素出现异常高值;碳酸盐岩的稀土元素具有Eu正异常.不同类型储层中热液流体的改造方式具有差异性,碳酸盐岩中主要发育水力压裂作用和溶蚀作用,凝灰岩中主要发育水力压裂作用和促进脱玻化作用,玄武岩中主要发育水力压裂作用,热液流体通过溶蚀作用和促进绿泥石的发育来对砂岩储层进行改造. 相似文献
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煤层水力压裂模拟实验是研究煤矿井下水力压裂煤岩体致裂增透、弱化机理的有效手段。然而,大尺寸煤岩体原位保真取样技术不成熟,已有大尺寸煤样块多取自卸压区,其在运输和制备过程中会发生二次破坏,导致实验结果失真。因此,使用煤岩体相似材料代替大尺寸原煤执行室内水力压裂模拟实验成为一种可行的选择。煤岩体相似材料试样的力学特性是影响水力压裂效果最重要因素。为精确表征煤岩体相似材料的基础力学特征,选择煤粉、水泥、石膏、砂子为相似材料,设计制作7种配比试样,进行超声波与力学特性耦合响应规律研究。结果表明:煤岩体相似材料试样超声波波速(P波和S波)和强度(单轴抗压和抗拉强度)随着密度的增大而增大,随着孔隙率的增大而减小;相似材料对于超声波波速、强度和密度增大幅度的影响为水泥>砂子>石膏,孔隙率正相反;相似材料水泥和石膏分别在调节试样强度和变形特性方面起主要作用;根据超声波P波波速与强度之间的二次多项式数学模型,通过测定超声波P波波速可提前预测试样的强度;试样力学参数可调整范围大,通过改变相似材料配比可以调整试样的力学性质,精确模拟煤岩体,且试样制作方法简单。此研究可为煤层水力压裂模拟用煤岩体相似材料力学特征相似设计提供依据,促进矿井瓦斯防治技术的发展,具有广泛的应用价值。 相似文献
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相似模型试验是研究煤岩水力压裂裂缝扩展规律的重要手段之一,试验结论的有效性依靠相似材料的正确选材和配比。为开展水力压裂模拟试验,根据目标煤层原煤的力学性能,采用正交设计方法开展了相似材料配比试验,研制出适用于水力压裂试验的相似材料模型。其中,以水泥、石膏作为胶结剂,全粒径煤粉为骨料,通过大量室内试验,重点对相似材料的单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、坚固性系数进行测定,对比分析原煤和相似材料强度特性,系统研究不同配比对相似材料参数的影响。结果表明:根据相似材料配比方案得出的相似材料力学性能能够满足煤岩相似模型试验的要求。研究结果可为水力压裂模拟试验中相似材料的选择及配比提供参考和借鉴。 相似文献
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以实际沉积地层中抽象出来的砂泥岩地层概念模型为研究对象, 在盆地构造力学、岩石力学性质分析的基础上, 采用应力场数值模拟法研究分析砂泥岩地层中的纵向地应力分布特征和规律。研究结果表明, 水平主应力在砂泥岩的分界面发生突变, 变化程度主要与两侧岩石的力学性质差异相关, 也与区域构造应力有一定关联; 杨氏模量对最大水平主应力影响程度大于对最小水平主应力的影响, 泊松比对地层最小水平主应力影响程度大于对最大水平主应力的影响。杨氏模量和泊松比对最大水平主应力的影响, 在伸展应力状态下前者影响相对较小, 走滑应力状态下, 影响程度基本相同, 挤压应力状态下, 前者影响程度相对较大; 而对于最小水平主应力的影响, 在三种应力状态下, 泊松比的影响均大于杨氏模量。地层的岩性变化方式(渐变或突变)对地层最小水平应力差产生显著影响, 厚度变化对地层最小水平应力差大小无影响。上述认识可以指导砂泥岩地层的压裂和储层改造, 改善压裂效果。 相似文献
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脉冲水力压裂技术是改造低渗储层的一种重要手段,通过水楔效应和脉冲疲劳损伤双重作用沟通裂隙网络,提高低渗储层导流能力。在脉冲水力压裂室内试验中,试样中预制孔的密封问题是决定水力压裂试验成败的关键,而起裂压力又是评价脉冲封孔段密封效果的重要指标。通过煤岩脉冲水力压裂室内试验,建立了封孔段薄弱结合面与煤岩基体力学性质的关联,研究不同频率对煤岩起裂压力的影响,最终拟合相关数据得到:基于煤岩脉冲作用下起裂压力的预制孔封孔压力经验公式。研究结果为脉冲水力压裂室内试验的试样预制孔密封提供依据。 相似文献
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不同条件下水压裂隙的发展特性对有效开采页岩气具有重要的指导作用。针对岩体在微观上为颗粒和孔隙的结构系统,提出离散元水力压裂数值模拟方法,离散元能量转化和能量守恒计算方法,建立了相应的三维离散元模型。采用自主研发的三维离散元模拟软件Mat DEM3D,通过控制模型的竖向应变与颗粒直径,来模拟地层中的应力与压裂速率的变化。模拟结果表明:(1)水力压裂产生裂隙的数量和方向受岩石的各向异性,压力状态和变化速率所影响。(2)裂隙在压缩波传播时发展,当水压力高速增加时,诱发的裂隙数量增多,并且有效能量(断裂热)百分比也随之增加,压裂作用也变得更明显。(3)当竖向应变为零时,50%的裂隙呈垂直状态,当竖向应变为-1×10-4时,裂隙趋于沿着最大压力方向发展,竖向裂隙的百分率增大。数值模拟和能量分析为定量地研究岩石水力压裂过程提供了一个新的方法。 相似文献