井眼的钻井参数研究裂隙岩体

文摘

天然气与煤炭开采联系在一起;它普遍存在于煤层。它是生产过程中,因为它的一个主要危险反应之间的煤炭质量可能诱发气煤爆发以及这是一个说明的问题。瓦斯事故已造成了大量的财产损失和人员伤亡。因此,煤矿开采的主要预防措施是气体控制。目前,钻探和开采的主要方法是天然气事故预防。钻孔后,地面压力将被释放;在自由状态或吸收的气体在煤层将容易提取的迁移通道是增强。因此,最关心的问题之一就是煤岩体的应力再分配在钻孔周围。在实际工程中,有许多关节分布于煤、岩层,所以有必要研究影响钻井的裂隙煤岩体。 In this paper, the boundary element model of the borehole in the jointed coal and rock mass is established to study the influence of joints on the stress and displacement field. The following results can be obtained. The number of joints has a significant effect on the maximum displacement of the coal and rock mass. The maximum displacement increases with the number of the joint. The position of the maximum displacement shifts from the boundary of the borehole to the far field. Meanwhile, it can be found that the displacement may reach a peak value when the joint angle is 30° and if the joint number is less than 4, and the maximum displacement may occur under the joint angle of 45° and if the joints number continuous increases. The von Mises stress has a trend of increasing with the number of joints when the joint angle is less than 30°, while it has a decreasing trend when the joint angle is larger than 30°. The max stress may occur at the joint angle of 15°. The maximum shear stress occurs mostly in the No. 4 joint and the No.7 joint. When the joint angle is 30°, the maximum shear stress occurs in the No. 3 joint and the No. 4 joint. The overlap of the position of the maximum von Mises stress or the maximum displacement with different joint angles or different numbers of joint leads to a reexploration of such positions. The position of the maximum von Mises stress and the maximum displacement是相对稳定,定位钻孔周围对称。点之间的界线,表现为最大冯应力大约是垂直于共同的方向。

1。介绍

天然气与煤炭开采联系在一起;它普遍存在于煤层。它是在生产的主要危害之一,因为它的反应之间的煤炭质量可能诱发动力灾害如烟煤爆发,以及它是一个说明的问题。瓦斯事故已造成大量的财产损失和人员伤亡1- - - - - -5]。

因此,煤矿开采的主要预防措施是气体控制。目前,开采保护层和drilling-extraction预防瓦斯事故的主要方法。然而,不能总是发现合适的保护层,特别是在地下深处。因此,drilling-extraction可能区域瓦斯治理的首选方法在这种情况下(6- - - - - -10]。钻孔后,地面压力将被释放,在一个自由的状态或吸收的气体在煤层将容易提取迁移通道增强。因此,最concer1ned的问题之一是煤岩体的应力再分配在钻孔周围。

目前,许多研究已经开展调查过程,效果,通过钻探减压机制。王优化地面钻井位置和Yuwu煤矿的排水压力。结果表明,表面钻孔的位置在水平应该安排在“O”形环,在垂直,应该安排之间的崩溃区断裂带的中间部分(11]。通等人研究了天然气开采的行为从保护层表面钻探。后,发现保护层工作面通过表面钻探,先进的气体提取表面钻探行为3周期,即。,不断上升的时期,稳定的时期,衰变期(12]。丽安研究完井的关键因素如布局、井身结构、钻井技术和钻井管理和提供参考的应用在表面井天然气开采13]。刘等人提出了一个有效的策略来减少漏风地下天然气提取基于断裂的控制煤岩体的渗透性。一个好的策略来减少空气泄漏对地下天然气开采密封井眼周围的发达骨折(14]。基于结果的排水压力释放,吴邦国表示,与低渗透煤层的煤层气排水压力的释放区域不仅有利于煤矿安全生产,也可以极大地提高煤层气的采收率和提高煤层气开发的经济效益15]。陈等人进行了水力冲洗技术与cross-seam水井来解决这个问题。此外,最优水力冲洗钻孔间距(HFB)决心提供实地测试的基础(16]。胡锦涛等人进行了一项实验研究钻孔使用液体的渗透性增强有限公司₂相变爆破(LCPTB)。结果显示显著增加煤层的渗透性,和瓦斯抽放效率可以通过使用LCPTB。的气体从LCPTB-enhanced洞中提取量为1.8 8倍,从常见的钻孔中提取(17]。高等人研究了钻孔的影响和borehole-slotting缓解压力。开槽的几何形状的参数研究,和地应力进行(18]。魏等人的工艺参数优化和天然气开采进行了应用研究。结果表明,钻孔周围瓦斯压力集团的减少大于从单个钻孔。钻孔间距的建议是2乘以或除以有效排水半径(19]。赵等人研究了煤气渗流法钻孔之间的影响并提出了天然气开采气体压力分布定律,气体渗流速度分布,煤岩体的渗透率变化两钻水井和两个钻孔(20.]。

正如我们所知,这种现象的潜在机制drilling-extraction减压。钻孔时钻在煤岩体的应力将发布的渗透率煤质量也改变了变形。因此,应力和位移可能描述钻探效果的重要指标。与此同时,有许多关节的煤岩体钻探效果也有影响。本文的边界元模型建立了钻孔裂隙煤岩体和模拟。煤岩体的应力和位移在井下进行了分析。的影响角度和关节的应力和位移场进行了探讨。结果可以参考井眼钻煤层气气体工程的评价。

2。模型建立

分析域是一个 广场。钻孔是一个圆的半径0.3米,和井眼的中心位于的地步 。水平方向的地应力是10 MPa,原位应力垂直的方向是17 MPa。如图1,有7在一组平行的关节。和联合的方向变化从0°- 75°的间隔15°。每组关节的间距是0.9米。

煤岩体的力学参数表中列出1。正常关节的刚度和剪切刚度假定10000 MPa / m和1000 MPa / m,分别。本文的最大应力和最大位移是最关心的物理值可能导致关键问题,代表了在实际工程钻探效果。

3所示。对数值结果的分析

3.1。位移场

如图2(一个)的总位移模型在垂直和水平方向是对称的,没有联合分布模型。最大位移发生在钻孔的边界。如数据所示2 (b)- - - - - -2 (g),而图模型2(一个),位移场的变化极大地影响下的关节。最大位移的位置变化对远场边界的钻孔。的最大位移可以找到煤岩体在4号关节和关节(图7号1)。

最大位移的最大总位移模型在不同条件下,包括水平位移和垂直位移。总位移的矢量和垂直位移和水平位移。如图3,煤岩体的最大位移影响显著的关节,它的整个趋势的快速与关节的数量迅速增加。与此同时,可以看出有轻微下降15°的关节时的位移分布(图3 (b))或30°(图3 (c))。和联合数量上升下降发生在4到5。它也可以发现,最大位移的控制分量逐渐凌日从垂直位移、水平位移随着关节角的变化从0°- 75°。

如图4,如果联合数小于4,最大位移随关节的角度( )。然而,最大位移的行为在一个相反的趋势关节角大于30°时,也就是说, 。和它可以得出结论,位移可能会达到一个峰值,当关节角为30°如果联合数小于4。

3.2。应力场

如图5周围,最大·冯·米塞斯应力与任何关节角井眼的边界。这意味着关节的位置没有影响最大·冯·米塞斯。

如图6,·冯·米塞斯应力与关节的数量有增加的趋势,当关节角小于30°,虽然它有一个下降趋势时,关节角大于30°。它也可以发现,压力一般随坡度的关节( )。此外,最大应力可能发生关节角的15°。

对于每个关节角,关节的最大剪应力是总结表2。表中的值的分布计算为每个关节角7关节。可以看出,最大剪切应力主要发生在4号联合和7号。关节角为30°时,最大剪应力发生在三号联合和4号联合。和应该注意的是,剪切应力和剪切位移之间的关系与一个参数是一个线性的关系,即。、剪切应力除以剪切刚度是剪切位移。因此,本文列出的剪切位移不是。和它可以得出结论,最大剪切位移发生在同一个位置的最大剪应力。这表明钻孔的关节越远,联合行为剪切位移越大。

3.3。讨论

在部分3.1和3.2位移场和应力场的角度分析了关节角和关节的数目,而得到一个好理解的进化等物理领域不仅应该关注的数量是影响关节也集中在位置进化。

图7的情节是最大·冯·米塞斯应力的发生。节中描述3.2,最大·冯·米塞斯在每个关节的分布模型可能发生在钻孔周围。 , , , , , ,和被指示为最大应力发生的位置。此外,相关数据总结表3。应该指出的是,每个模型都有一个对称的特点,和位置可能不是唯一的。在这里,只有一个位置为每个模型是上市。

很明显,所有的位置最大·冯·米塞斯应力发生在相同的位置靠近钻孔边界。这意味着这样的位置不会改变关节或关节角的数量。这个发现不是很合理的关节角各不相同。然而,它可以发现相似的位置或相同的位置可能是由于计算元素/单位大小后仔细检查结果的软件。因此,需要进一步的探索结果。和精致的位置然后获得的结果。最大的位置为每个关节角•冯•米塞斯应力和位移是绘制在图8。A1和A2是最大·冯·米塞斯应力的位置的行为。同样,B1和B2最大应力的位置的行为。

基于图8对称的A1和A2 (B1和B2)可以观察到。并按照当前的结果,这些立场是位于井眼周围。此外,从图可以推断出来8A1和A2是近似垂直于共同的方向。再探测值的最大·冯·米塞斯应力和最大位移在表中列出4和5。应力和位移的趋势普遍同意的结果部分3.1和部分3.2的关节角和关节数。

4所示。结论

基于边界元数值模型的煤岩体的分布建立了关节的影响研究井眼钻井的压力和位移场。参数研究进行关节角和关节的数目。可以得到以下结论。(1)最大位移随关节的数目。最大位移的位置变化的边界远场钻孔。可以找到最大位移的煤岩体在4号和7号联合。有轻微的关节时的位移分布在15°和30°。位移可能会达到一个峰值,当关节角为30°,如果联合数小于4。下降发生在关节数量上升4 - 5。控制组件的最大位移逐渐凌日从垂直位移、水平位移随着关节角的变化从0°- 75°(2)•冯•米塞斯应力与关节的数量有增加的趋势,当关节角小于30°。它有减少的趋势,当关节角大于30°。这样的压力通常随坡度的关节( )。最大·冯·米塞斯应力可能发生关节角的15°。最大剪切应力主要发生在4号联合和7号。关节角为30°时,最大剪应力发生在三号联合和4号联合(3)重叠的位置最大·冯·米塞斯应力最大位移与不同的关节角或不同数量的关节导致reexploration这样的职位。的位置最大·冯·米塞斯应力和最大位移相对稳定,定位钻孔周围的对称。点之间的界线,表现为最大冯应力大约是垂直于共同的方向

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从第一作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这个项目是由中国国家自然科学基金(52078477和52078477号),深地球科学与工程重点实验室(四川大学),教育部(DESE202106和DESE202004),广东省重点实验室地球科学和地热能开发利用(2020 - 3)。

引用

1. 问:小王和x金”,定向钻井施工的关键技术对天然气开采保护层开采卸压,“煤炭工程,53卷,不。5,63 - 67年,2021页。视图:谷歌学术搜索
2. 问:j .刘“探索绿色治理气体模型”使用促进泵”、“煤炭技术,37卷,不。12日,第171 - 169页,2018年。视图:谷歌学术搜索
3. h . j .段和s . j .,“近钻孔瓦斯抽放技术的应用与大直径极厚煤层矿区,”勘查工程(岩石和土壤钻隧道),40卷,不。12日,40-42,2013页。视图:谷歌学术搜索
4. m高,j .谢y高et al .,“煤的力学行为在不同的开采率:一个案例研究从实验到实地测试,”国际矿业科技杂志》上2021年,卷。31日。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. j·w·严、张x b和z . m .张“煤气爆发地质控制机制研究”,中国煤炭学会杂志》上,38卷,不。7,1174 - 1178年,2013页。视图:谷歌学术搜索
6. y他和y . f .徐”,排水效果的调查和分析大直径通过层卸压钻孔,”科技创新18卷,第158 - 156页,2021年。视图:谷歌学术搜索
7. z . k .杨z h . Cheng和y .问:刘”的影响突出煤层的多个矿业集团天然气开采的跨层井眼,“中国安全科学杂志,30卷,不。5,66 - 73年,2020页。视图:谷歌学术搜索
8. g .问:妈,r . z程,g .崔”上保护煤层瓦斯综合治理技术连续爆发接缝,”煤炭科学技术,43卷,不。3,52-55,2015页。视图:谷歌学术搜索
9. c·h·吉”的应用和实践煤气co-extraction技术地板排水巷道突出单一的低渗透性煤层,”矿业安全与环境保护,42卷,不。3、86 - 98年,2015页。视图:谷歌学术搜索
10. n .赵g·l·戴,r·张“实践排水通道气体控制技术的地板上有两个用途,”煤炭科学技术,42卷,不。2,44-46,2014页。视图:谷歌学术搜索
11. x z, h·温x j . Cheng et al .,“卸压保护层中的天然气开采的特点,表面钻探在淮南,”土木工程的发展卷。2021年,11页,2021年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. z . j . Wang“最佳表面钻孔瓦斯抽放技术基于“O”环理论”,煤矿开采技术,22卷,不。5,96 - 101年,2017页。视图:谷歌学术搜索
13. f . x丽安”,完成表面井天然气开采技术”,煤炭地质与勘查,40卷,不。6日,第29,2012页。视图:谷歌学术搜索
14. p . Liu j.y.粉丝,d . y .江和j·李,“评价地下煤气排水性能:我的现场测量和参数敏感性分析,“过程安全和环境保护卷,148年,第723 - 711页,2021年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. j·g·吴”,与地面煤层气排水技术集成在lule煤矿,”煤炭地质与勘查,卷1,- + 33,2008页。视图:谷歌学术搜索
16. w·r·d . d . Chen, s·r·谢他,问:张先生,和b .秦”渗透性增加,煤与瓦斯突出预防与cross-seam钻孔使用液压冲洗技术,”天然气的科学与工程》杂志上第103067条,卷。73年,2019年。视图:谷歌学术搜索
17. g . z, w . r .他和m .太阳”,提高煤层气体使用液体有限公司₂阶段——过渡与cross-measure钻孔爆破。”天然气的科学与工程》杂志上,60卷,第173 - 164页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. y高,g .董h·王,x,“卸压槽影响低渗煤瓦斯抽放期间,“热科学,23卷,不。3部分,1547 - 1553年,2019页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. 李x, p, s . w .黄,s .彭和y,”数值模拟的水井和有效范围的天然气开采天然气提取软煤层,”能源科学与工程,7卷,不。5,1632 - 1648年,2019页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. 和j·t·d·赵j . Liu,“从煤层气体渗流研究天然气开采钻孔之间的距离,“流程工业的损失预防》杂志上54卷,第272 - 266页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

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