煤岩水力压裂起裂压力和裂缝扩展机制实验研究

张帆¹，马耕^1,2,3，刘晓^1,3，冯丹⁴

1. 河南理工大学能源科学与工程学院3. 中原经济区煤层(页岩)气河南省协同创新中心4. 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室

摘 要：为了研究煤岩水力压裂的起裂压力和水力压裂裂缝扩展规律,采用型煤试样,利用自主研发的水力压裂实验系统,参照现场压裂施工制定了"施加三向应力–顶部注水"的煤岩水力压裂物理模拟实验方案并开展了水力压裂实验,分析了不同条件下泵注压力和水力压裂裂缝。实验结果表明:压裂液泵注排量越大,起裂压力越大。三向应力满足最大水平主应力σH>垂向应力σv>最小水平主应力σh,水力压裂裂缝沿着垂直于σh的方向扩展。σv和σh一定,随着σH的增大,煤岩起裂压力先增大后减小,水力压裂裂缝扩展路径越平直。当σH远大于σv和σh时,水力压裂裂缝扩展路径越复杂,分叉缝角度越大。研究结果可为煤岩水力压裂理论的完善提供一定的参考和借鉴。

关键词：煤岩;真三轴;水力压裂;起裂压力;裂缝扩展;物理模拟;