【摘 要】
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煤层气是一种重要的非常规天然气资源,由于其储层渗透性比常规天然气低,且煤层存在一定程度的倾斜,通常采用压裂技术对储层进行增渗改造处理,针对我国煤层气存在的低渗难开采问题,有人提出采用间接压裂技术开采煤层气,但是间接压裂技术尚未成熟,水力裂缝的穿层扩展情况尚不明确,若水力裂缝沿着天然裂隙的方向延伸,压裂液进入煤岩交界面,会影响煤岩层的稳定性,因此研究间接压裂开采煤层气工程中煤岩界面稳定性具有十分重要
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煤层气是一种重要的非常规天然气资源,由于其储层渗透性比常规天然气低,且煤层存在一定程度的倾斜,通常采用压裂技术对储层进行增渗改造处理,针对我国煤层气存在的低渗难开采问题,有人提出采用间接压裂技术开采煤层气,但是间接压裂技术尚未成熟,水力裂缝的穿层扩展情况尚不明确,若水力裂缝沿着天然裂隙的方向延伸,压裂液进入煤岩交界面,会影响煤岩层的稳定性,因此研究间接压裂开采煤层气工程中煤岩界面稳定性具有十分重要的价值。为了更好地了解和掌握间接压裂中煤岩界面稳定性特征,本文首先进行了煤和砂岩物理力学特性试验;接着以0°、15°、30°和45°四种倾角无粘聚力自由界面煤岩组合体为研究对象,进行了干燥状态、水饱和状态与3MPa界面水压的三轴压缩试验;然后以30°倾角无粘聚力自由界面煤岩组合体为研究对象,进行了不同界面水压的三轴压缩试验;最后运用Abaqus模拟软件,进行了煤岩组合体界面滑移细观机理研究,得出的主要结论如下:（1）无粘结界面煤岩组合体力学强度随界面倾角的增大先基本保持不变,然后迅速减小。水饱和状态下,倾角为0°和15°时煤岩组合体三轴抗压强度37.67MPa和36.91MPa,基本保持不变,破坏形式为煤体内部的劈裂破坏,30°倾角时为17.18MPa降低了约20MPa,45°倾角时为7.84MPa降低了约30MPa,主要发生煤岩界面的剪切滑移失稳破坏。（2）水饱和作用对0°和15°倾角煤岩组合体三轴抗压强度的衰减作用比30°和45°的衰减作用大。干燥状态与水饱和状态相比,0°倾角煤岩组合体的三轴抗压强度从50.78MPa降低至37.67MPa,降低了约13MPa,15°倾角时从50.83MPa降低至36.91MPa,降低了约14MPa;30°倾角时从20.07MPa降低至17.18MPa,降低了约3MPa,45°倾角时从8.72MPa降低至7.84MPa,降低了约1MPa。（3）低角度煤岩组合体受水的弱化作用比较明显,高角度煤岩组合受水的弱化作用和界面水压的影响更容易产生剪切滑移失稳。干燥状态、水饱和状态与3MPa界面水压作用下,0°和15°倾角煤岩组合体强度由50MPa降低至37MPa,再降低至34MPa;30°倾角煤岩组合体强度由20.07MPa降低至17.18MPa,再降低至15.16MPa,45°倾角煤岩组合体强度由8.72MPa降低至7.84MPa,再降低至6.03MPa,在界面水压作用下更容易产生剪切滑移失稳。（4）30°倾角煤岩组合体峰值强度和残余强度与界面水压呈负线性关系。当界面水压力从0增加到4MPa时,煤岩组合体的峰值强度从18.53MPa降低至11.67MPa,残余强度从13.35MPa降低至8.84MPa,界面处的有效应力作用越明显,煤岩组合体越易沿界面产生剪切滑移破坏。（5）0°和15°倾角煤岩组合体在界面处的Mises应力最大,主要在煤体部分产生破坏;30°倾角煤岩组合体应力变化主要围绕煤岩交界面发生,并向交界面两侧扩展,试件沿着界面产生了剪切滑移失稳;45°倾角煤岩组合体试件应力集中主要在左上角、右下角和界面处,试件沿着煤岩界面发生了剪切错动。
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