采矿与安全工程学报 ›› 2022, Vol. 39 ›› Issue (4): 761-769.doi: 10.13545 /j.cnki.jmse.2021.0419
煤层分段水力压裂渗流诱导应力场的数值模拟
胡千庭，刘继川，李全贵，张跃兵，胡良平，宋明洋，石佳林，邓羿泽
摘要： 水力压裂是煤层增透和煤层气增产的关键技术。 压裂过程中的渗流诱导应力对煤层分段压裂效果具有重要影响。 建立分段压裂渗流诱导应力的理论模型，采用有限差分法进行煤层分段水力压裂数值模拟，探究压裂过程中应力场演化规律及渗流诱导应力的作用机制。 设计正交试验，以水平主应力差作为指标进行方差分析，探究初始水平主应力差、泵注排量、分段间距对渗流诱导应力的影响程度和作用机制，并提出压裂优化方案。 研究结果表明：注水初期会产生较大的渗流诱导应力，导致有效应力峰值下降，使后续起裂位置起裂压力增大，增加起裂难度；压裂过程中与压裂后的渗流诱导应力影响机制不同，压裂过程中泵注流量的影响滞后于分段间距滞后于原始水平主应力差，压裂后 3 个因素影响程度排序为：分段间距＞泵注流量＞原始水平主应力差。 根据原始地应力差异，提出压裂优化措施：当原始主应力差较大时，可以适当降低分段间距，并增大泵注流量；当原始主应力差较小时，可以适当增大分段间距，并减小泵注流量，据此在保证无卸压盲区的同时可以达到较大的压裂范围。 以上分析可以为压裂施工参数优化设计提供参考。
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