煤岩力学性质及煤储层压裂数值模拟 以山西晋城地区为例2025|PDF|Epub|mobi|kindle电子书版本百度云盘下载

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第1章 绪论1

1.1 非煤岩石强度和变形特征的实验研究2

1.1.1 岩石的抗拉强度实验2

1.1.2 岩石单轴压缩实验3

1.1.3 岩石三轴压缩实验4

1.2 煤岩强度及变形特征的实验研究5

1.2.1 煤岩的抗拉强度试验5

1.2.2 煤岩单轴压缩实验研究5

1.2.3 煤岩三轴压缩实验研究7

1.3 煤岩压缩破裂声发射实验研究现状及评述8

1.3.1 研究历史8

1.3.2 声发射技术的研究成果及应用9

1.3.3 声发射信号提取和分析识别研究10

第2章 区域地质特征13

2.1 基本地质特征13

2.2 地层概述14

2.3 含煤地层15

2.3.1 上石炭统太原组15

2.3.2 下二叠统山西组17

2.4 构造特征17

2.5 石炭-二叠系聚煤特征20

2.5.1 含煤岩系沉积环境概述20

2.5.2 成煤环境与聚煤模式22

2.5.3 古地理特征与聚煤作用22

2.6 岩浆活动24

2.6.1 各期岩浆岩基本特征24

2.6.2 区域岩浆热活动对煤层气生成的影响25

第3章 煤层的割理特征及煤岩的抗拉强度27

3.1 割理类型及特征28

3.1.1 割理描述要素28

3.1.2 割理的矿物充填29

3.1.3 割理分布30

3.2 影响割理发育程度的因素30

3.2.1 影响割理发育程度的煤储层因素30

3.2.2 割理与煤级的关系31

3.3 割理对煤层渗透率的影响32

3.3.1 割理平面组合类型划分32

3.3.2 煤层割理系统的发育程度是影响渗透性的内在因素33

3.3.3 利用割理描述要素来评价储层渗透性33

3.3.4 沁水盆地南部寺河矿3号煤层的割理特征34

3.4 晋城煤的抗拉强度特征36

3.4.1 煤岩抗拉强度测试37

3.4.2 测试结果综合分析39

第4章 饱和含水煤岩的单轴抗压强度特征43

4.1 试验方法说明43

4.1.1 试验要求与说明43

4.1.2 计算公式44

4.2 试验结果与分析45

4.2.1 煤层单轴压缩破坏特征45

4.2.2 加载轴线方向对煤块的抗压强度σc和弹性模量有显著的影响46

4.3 煤层单轴强度和变形特征47

4.3.1 煤层单轴强度特征47

4.3.2 煤岩变形特征50

4.4 煤样的全应力-应变曲线类型和变形机理52

4.4.1 煤岩单轴压缩全应力-应变曲线类型52

4.4.2 煤岩单轴压缩条件下的变形破坏机制54

4.4.3 煤岩变形破坏过程中的能量积聚与耗散规律56

第5章 饱和含水煤岩的三轴压缩强度及变形特征的试验研究58

5.1 试验方法及煤样制备58

5.1.1 试验要求与说明58

5.1.2 计算公式59

5.1.3 试验结果60

5.2 常规三轴压缩条件下煤岩的变形特征61

5.2.1 煤样峰值应变与围压的关系61

5.2.2 煤样弹性模量与围压的关系63

5.3 常规三轴压缩条件下煤岩的强度特征66

5.4 煤的黏聚力和内摩擦角69

第6章 饱和含水煤岩的声发射特征71

6.1 单轴压缩条件下煤岩破坏过程的声发射试验72

6.2 煤岩单轴压缩条件下的声发射特征73

6.2.1 煤样单轴压缩情况下的应力-应变曲线特征73

6.2.2 煤样声发射应变-振铃计数率曲线的类型特征74

6.2.3 煤样在不同方向上声发射特征的差异77

6.2.4 振铃计数率和能量计数率的关系80

第7章 水力压裂有限元数值模拟81

7.1 有限元数值模拟技术81

7.1.1 有限元方法概述81

7.1.2 ANSYS功能及特点82

7.2 水力压裂数值模拟基础84

7.2.1 计算模型84

7.2.2 破裂准则85

7.2.3 地应力85

7.2.4 破裂压力计算方法88

7.3 模型选择对模拟结果的影响89

7.3.1 模型尺寸对模拟结果的影响89

7.3.2 网格划分对模拟结果的影响90

7.3.3 裂隙宽度对水力压裂模拟结果的影响91

第8章 有限元数值模拟的破裂压力计算92

8.1 煤岩中无裂缝时的破裂压力92

8.1.1 计算模型92

8.1.2 破裂压力93

8.1.3 地应力对破裂压力的影响99

8.2 先存裂缝对压裂的影响101

8.2.1 计算模型103

8.2.2 破裂压力104

8.2.3 含裂缝时破裂压力与不含裂缝时破裂压力的比较109

8.2.4 压裂裂缝启裂方位110

8.3 煤岩力学性质的不均匀性对破裂压力的影响111

8.3.1 计算模型111

8.3.2 计算结果111

8.3.3 煤岩力学性质对最大拉应力位置的影响114

8.3.4 材料的各向异性对破裂压力的影响114

8.3.5 材料各向异性和各向同性时破裂压力的对比119

参考文献120

单位和符号127

附表1 不同工作压力条件下井壁所产生的拉应力129

附表2 煤岩裂隙方向与主地应力方向夹角不同时井中压力在井壁上产生的拉应力132

附表3 煤岩各向异性、无裂隙时最大力学参数与最大地应力在不同夹角时井中压力在井壁上产生的拉应力176