真三维模拟揭示煤岩水力压裂裂缝扩展规律的关键因素

本研究论文聚焦于"煤岩水力压裂裂缝扩展规律实验研究"这一主题，针对我国丰富的煤层气资源，由于煤层渗透率较低，通常低于50×10-3μm²，水力压裂成为提高煤层气井产能的关键手段。裂缝扩展规律的理解对于优化压裂效果至关重要。 实验采用了先进的真三维水力压裂物理模拟实验平台，模拟了不同地层应力条件（包括水平应力差系数kh）和渐进角情况下的煤样水力压裂过程。实验发现，天然裂隙和割理在煤岩中的存在显著影响裂缝的扩展，使得扩展规律呈现出复杂多样的特性。当kh值大于1时，裂缝倾向于沿最大水平主应力方向发展。 以往的研究主要集中在裂缝位置检测、煤岩力学性质对裂缝扩展的影响、数值模拟预测裂缝延伸以及室内物理模拟实验对裂缝形态和行为特性的探讨上。然而，传统的模拟方法受限于小尺寸煤样和实验设备，无法满足深入研究的需求。因此，这项研究通过真三维实验系统，实现了对大尺寸煤样的模拟，更全面地考察了这些关键因素对裂缝扩展规律的影响。 研究还特别关注了煤样的天然裂隙与割理，这两个因素被认为是影响裂缝扩展的重要参数。通过实验数据，研究人员揭示了在特定应力状态和渐进角下，裂缝扩展的具体行为模式，这对于制定更精确的压裂策略具有实际意义。 该研究得到了国家科技重大专项课题和山西省煤基重点科技攻关项目的支持，由多位专家合作完成，旨在为大型油气田及煤层气开发提供理论依据和技术支持。张羽等研究人员通过对裂缝扩展规律的深入探究，有助于提升煤层气开采的效率和经济效益。