【摘 要】
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水力压裂是改善煤储层渗透性的重要手段。鉴于煤中孔隙和裂隙结构的复杂性,难以对特定煤层气开发区块水力压裂后的渗透性变化进行准确的预估。因此,对水力压裂前后煤储层孔隙和裂隙变化特征及其影响因素进行研究,对于揭示煤层气水力压裂增产机理、优选煤层气开发区块具有重要意义。本文在对寺河矿和成庄矿煤样进行水力压裂模拟实验的基础上,采用体视镜微裂隙扫描、扫描电子显微镜、低温氮气吸附、高压压汞等实验手段,结合图片二
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水力压裂是改善煤储层渗透性的重要手段。鉴于煤中孔隙和裂隙结构的复杂性,难以对特定煤层气开发区块水力压裂后的渗透性变化进行准确的预估。因此,对水力压裂前后煤储层孔隙和裂隙变化特征及其影响因素进行研究,对于揭示煤层气水力压裂增产机理、优选煤层气开发区块具有重要意义。本文在对寺河矿和成庄矿煤样进行水力压裂模拟实验的基础上,采用体视镜微裂隙扫描、扫描电子显微镜、低温氮气吸附、高压压汞等实验手段,结合图片二值化分析方法对水力压裂前后煤中裂隙和孔隙的变化特征进行系统研究,揭示了水力压裂过程中煤中孔隙、裂隙结构的演化过程,得出如下结论:（1）水力裂缝的起裂和扩展受地应力条件控制和煤样原始裂隙发育特征的影响。水力压裂过程中水力裂缝主要沿天然弱面或垂直最小水平主应力的平面起裂,而后沿最大水平主应力方向扩展。水力压裂后寺河煤样形成单一的水力裂缝,成庄煤样水力裂缝呈“T”形。（2）水力压裂会引发煤样原始微裂隙（开度:10～1000μm）的扩展,主要表现为水力压裂后微裂隙平均开度增加39.85%,平均长度增加47.70%,裂隙度增加115.59%,造成水力压裂后微裂隙的渗透性显著提高（为压裂前的7.63倍）。微裂隙水力压裂扩展特征受煤样非均质性和地应力条件影响。在相同的水力压裂条件下,非均质性较强的煤样具有较大的层间差异,水力压裂会优先改造平行层理面方向的微裂隙;水平地应力差越小,水力压裂过程中微裂隙均匀扩展,更有利于微裂隙的相互连通。（3）水力压裂后煤样孔隙数量发生显著变化,导致孔隙总体积变化-67.466%～45.297%,总比表面积变化-46.960%～503.828%。水力压裂后煤样孔隙变化特征受其弹性模量和地应力条件的影响。弹性模量较大煤样在水力压裂过程中主要表现为脆性破碎,有利于孔隙连通性的改善和总孔体积的变化,但不利于孔隙总比表面积的增加;弹性模量较小煤样以孔隙变形为主,水力压裂后孔隙连通性变化不显著,更有利于孔隙孔比表面积的改善。较大的地应力会抑制孔隙的膨胀,甚至引起孔隙的进一步压缩。图24幅,表9个,参考文献117篇。
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