水力压裂煤裂隙网络表征与造缝性能评估试验研究

作     者：蒋长宝 付银兰 王光淇 JIANG Changbao;FU Yinlan;WANG Guangqi

作者机构：重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400030 兖矿能源集团股份有限公司山东邹城273500 

出 版 物：《煤炭科学技术》 (Coal Science and Technology)

年 卷 期：2023年第51卷第6期

页      面：62-71页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52074044 51674048) 

主　　题：煤裂隙 水力压裂 裂隙发育 分形理论 拓扑结构 裂隙网络 

摘      要：煤裂隙网络的准确表征可以有效评估深部煤层经水力压裂后的压裂效果,为了定量评估煤层经水力压裂后的复杂程度,利用自制的真三轴试验系统进行了煤的水力压裂试验,结合CT扫描,重建了具有拓扑结构的孔裂隙网络,用分形理论和拓扑学定量表征了断裂网络的复杂程度。探究了在真三轴应力条件下,中间主应力对裂缝网络复杂程度的影响。结果表明:压裂后煤样的二维分形维数变化率K为1.03%~7.10%,三维分形维数的变化率为3.50%~9.18%,经过水力压裂后煤样的二维和三维分形维数均显著增大。基于分形理论和拓扑学的方法能有效表征水力压裂的裂缝结构和造缝能力。压裂后煤样的二维拓扑参数为1.18~1.52,与压裂前后煤样的二维分形维数变化率呈正相关关系,二维分形维数变化率的增加速率随着拓扑参数的增大逐渐减小。重构的内部结构和裂缝分布表明,压裂后的三维分形维数比二维分形维数更具优势,压裂后煤样的三维拓扑参数为1.82~1.93,随着三维分形维数变化率的增加而增大,三维分形维数变化率的增加速率随着拓扑参数的增大而增大。中间主应力对煤层的造缝能力存在积极影响。水力压裂前后的分形维数和拓扑参数都随着中间主应力的增大而增大,即随着中间主应力的增大而增大,产生的裂缝网络更复杂,连通性更好,水力压裂的造缝能力更强。