水力压裂钻孔起裂位置的力学分析

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摘 要：井下水力压裂可有效提高储层透气性，解决低透气性煤层瓦斯抽放难问题。水力压裂钻孔起裂位置影响因素较多，其中地应力大小和方向为主要因素，文章运用UDEC软件对钻孔周围应力进行模拟，得到预定条件下的钻孔起裂位置，为井下水力压裂钻孔的布置提供指导。

关键词：水力压裂；起裂位置；瓦斯抽采；数值模拟

中图分类号：TE349 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）3-0154-02

煤层瓦斯抽放是治理矿井瓦斯、防止煤与瓦斯突出最有效方法之一，然而我国95%的高瓦斯和突出矿井所采煤层属于低渗透煤层，煤层透气性系数在10-3～10-4 mD数量级上，传统的瓦斯抽采工艺瓦斯抽放半径小，抽采率低下，瓦斯超限频繁，严重威胁煤矿的生产安全。

低渗透率煤层严重制约着瓦斯抽放技术的推广。因此，对于低渗透性煤层需要采取增透措施，提高抽采效果。水力压裂作为一项增产措施，已经广泛用于油气领域并取得显著的效果。1965年由煤炭科学总院沈阳研究院在全国首次应用于煤层强化瓦斯抽放领域。井下水力压裂是将地面水力压裂技术应用于井下，通过向钻孔以大于储层滤失的速率向储层中注入高压液体，当液体压力达到钻孔最弱煤（岩）处的破裂压力时，裂缝在该处形成，并随着液体的持续泵注延伸。裂缝的产生和扩展受到诸多因素的影响，如地应力大小和方向、储层的力学性质和其中天然裂隙发育程度等。其中地应力大小和方向作为主要的因素，本文采用理论分析和数值模拟的方法就地应力对裂缝起裂位置的影响进行分析，找出起裂位置和地应力的关系。

1 钻孔周围应力分析

3 结 论

①水力压裂通过在煤层中产生裂缝，可以提高煤层透气性系数，水力压裂裂缝方向及起裂位置主要受到地应力、地层岩性等因素影响。

②在仅考虑地应力作用下，水力压裂钻孔起裂位置受侧压系数的影响。当裂缝将在水平方向起裂；当时，裂缝将在垂直方向起裂。

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