【摘 要】
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随着人类社会文明的发展,煤和石油等并不能满足人们对能源日渐增加的需求。煤层气作为一种新型非常规天然气,以其品质优、效率高等优点被人们广泛接受。但是,我国的煤层气储气层大部分渗透性不佳,这就需要对地层进行改造,增大煤层的破碎程度。水中高压电脉冲放电致裂增渗技术是新兴的一项技术,以其便捷和环保等优点获得行业内大量认可,但也由于起步尚晚,其研究内容不够完善和丰满。本文通过理论分析,数值模拟及试验相结合的
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随着人类社会文明的发展,煤和石油等并不能满足人们对能源日渐增加的需求。煤层气作为一种新型非常规天然气,以其品质优、效率高等优点被人们广泛接受。但是,我国的煤层气储气层大部分渗透性不佳,这就需要对地层进行改造,增大煤层的破碎程度。水中高压电脉冲放电致裂增渗技术是新兴的一项技术,以其便捷和环保等优点获得行业内大量认可,但也由于起步尚晚,其研究内容不够完善和丰满。本文通过理论分析,数值模拟及试验相结合的方法对水中高压电脉冲放电致裂增渗技术进行深入研究。首先在理论层面对水中高压电脉冲放电致裂增渗技术的致裂机理进行系统的分析,随后,利用PFC2D离散元数值模拟软件和高压电脉冲放电试验台同步进行了致裂试验,研究致裂非均质和含不同类型裂纹的煤岩体后,裂纹的产生和扩展规律,最后进行煤层气井现场增透试验,进一步验证了本文研究内容的意义和可参考性。主要研究成果有以下几点:(1)波从强介质进入到弱介质。等能量单次冲击下,弱介质层的破坏程度与其强度呈反相关,与脉冲峰值压力正相关。“脉冲峰值压力-裂纹数”曲线随弱介质强度增大,呈先增大后减小转变为一直增大的趋势;重复冲击下,裂纹充分发育,脉冲峰值压力最小时裂纹延伸最长。弱介质层强度越大,裂纹的延伸和发育程度越小。(2)波从弱介质进入到强介质。等能量单次冲击下,裂纹扩展受到阻碍,“脉冲峰值压力-裂纹数”曲线随强介质强度增大呈持续增长趋势;重复冲击下,裂纹有所扩展,强介质层强度越大,扩展程度越小。(3)煤岩中存在各类裂纹,当裂纹无填充时波叠加效应最强,致裂后裂纹密度和宽度都较大;当填充石灰时次之,裂纹能够穿透石灰,有更多的能量透射到填充型裂纹之外;当填充水时相对较小,更多的能量沿着裂纹中的水传递。(4)等能量单次致裂含平行于水平最大、小主应力方向原生裂纹的煤岩体,裂纹数目随脉冲峰值压力增加而增加,致裂含垂直于水平最大、最小主应力和倾斜方向原生裂纹的煤岩体,裂纹数目随脉冲峰值压力增加呈现出先增加后减少的趋势。重复冲击下,裂纹以不同的趋势充分发展。随围压及围压差的变大,导致裂纹数目呈现出减小的趋势。(5)煤岩中原生裂纹有弱充填体。等能量单次冲击下,充填体的裂纹数量与其强度呈反相关,与脉冲峰值压力正相关。重复冲击下,裂纹充分发育,但当填充体强度最小时,较小的脉冲峰值压力才能够穿透填充体,而高峰值压力使填充体破碎。填充体强度增加,其破坏程度减小,裂纹数目减少,但裂纹长度增加。(6)煤岩中原生裂纹有强充填体。等能量单次冲击下,裂纹发展受到了阻碍。重复冲击下,裂纹都有所延伸,裂纹全部穿过了填充体。随充填体强度的增加,裂纹延伸长度略有减少。(7)通过进行煤层气井增透现场试验,煤层气井井壁内侧的裂纹密集程度有所增高,原来堵塞的裂纹也被疏通,废弃抽采井煤层气的产量提升了近30%。
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