煤岩定向射孔对水力压裂裂纹扩展影响的研究

陈德敏^1,2,3，隆清明^1,2，岳建平^1,2,3，张宪尚^1,2,3，牟景珊^1,2

1. 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室2. 中煤科工集团重庆研究院有限公司3. 四川大学机械工程学院

摘 要：瓦斯抽采是制约煤矿高效生产的关键。为提高低渗透、难抽采煤层瓦斯抽采效率,针对煤岩定向射孔对压裂裂纹扩展的影响,采用扩展有限元方法对水力致裂煤层流固耦合模型进行求解,研究并揭示了应力差、射孔方位角及射孔深度对裂纹扩展规律、起裂压力及裂纹宽度的影响。研究结果表明:射孔转压裂时,裂纹先在射孔的孔底处起裂,并最终转向了与最大水平主应力一致的方向上继续扩展;平面应力差增大时,更容易形成长而宽的裂纹,平面应力差由2 MPa增加到7 MPa的过程中,起裂压力增加了94.4%,但最终形成的裂缝宽度增加了375%;射孔方位角越大,所形成的裂纹越短,射孔方位角从0°增加到60°的过程中,裂纹的起裂压力增加了187%,而最终形成的裂纹宽度降低了84%;较深的射孔能形成较长和较宽的裂纹,当射孔深度与钻孔半径的比值从1.0增加到3.5的过程中,裂纹的起裂压力降低了51.4%,而裂纹的宽度增加了145%。因此建议在实际的施工中,要尽可能准确地取得煤层地应力分布情况,选择与最大主应力一致的方向上射孔,并选择合适的射孔参数,以达到较为理想的射孔深度。

关键词：定向射孔;起裂压力;裂纹宽度;煤层增透;