基于PKN分析的煤层气垂直井压裂时间与半径计算模型验证

本文主要探讨的是"基于PKN分析的煤层气垂直井水力压裂时间计算模型"。该研究针对低渗透煤层中注水压裂作为一种提升地面垂直井产能的有效手段，着重分析了压裂过程中流体与岩体交互作用的时间效应，以及压裂缝在时间和空间上的演化规律。研究者运用弹性力学等理论，首先构建了一个起裂压力计算模型，考虑到了井下垂直受力的特性。接着，他们引入Dougill损伤因子来考虑岩体损伤对煤岩本体变形的影响，进而建立了一种延伸压力的计算模型。 在这个模型中，关键的计算环节涉及到裂缝内净压力的非线性压降规律、延伸压力的计算，以及经典的PKN（Plane Strain Kinematic）分析模型的融合。PKN分析模型是一种用于预测岩石破裂过程的简化方法，它假定破裂面是平面且沿着断裂面的应变保持恒定。通过这些综合模型，研究人员得以建立起压裂时间t与压裂半径L之间的函数关系。 具体应用到焦作矿区的实例中，研究发现，如果控制压裂时间在40至60分钟范围内，相应的压裂半径会达到88.04至108.75米。这个理论计算结果与实际现场检测的数据有良好的一致性，这初步验证了新建立的模型的准确性。这个模型对于指导实际施工控制，如优化压裂操作策略，以及保护矿区的地下水环境具有重要的理论价值。 论文的关键词包括煤层气垂直井、含气软煤、延伸压力、扩展模型和压裂时间，这些都是研究的核心概念。整个模型的建立和完善，不仅有助于提升煤炭开采效率，还关注到了环境保护问题，体现了现代能源开发的可持续性原则。此外，该研究也为其他类似地质条件下的井下工程提供了宝贵的参考依据和技术支持。