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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
水中高压电脉冲压裂煤岩体裂纹断裂演化特征研究
  • 80
  • 作者

    鲍先凯张童崔广芹姜斌张晓凡乔建龙

  • 单位

    内蒙古科技大学土木工程学院内蒙古科技大学内蒙古自治区建筑结构防灾减灾工程技术研究中心内蒙古自治区高校城市地下工程研究中心

  • 摘要
    水中高压电脉冲压裂煤岩储层是提高煤层气开采效率的重要手段。为研究水中高压电脉冲压裂煤岩体过程中的裂纹断裂演化特征及规律,基于声发射技术,通过开展水中高压电脉冲压裂煤岩体试验,利用振铃、能量定量分析了不同放电电压作用下裂纹断裂演化特征,事件分布以及分形维数分析了裂纹发育扩展规律,结合PFC2D颗粒流数值模拟,与试验声发射参数对比,进一步从细观尺度研究了裂纹起裂扩展形态特征。研究表明:(1)静水压一定的条件下,不同放电电压致裂煤岩体存在最佳放电次数,煤岩体试件声发射累积振铃计数、最大振铃计数以及累积能量达到峰值,达到最佳放电次数后继续放电,各参数逐渐减小。(2)随着放电电压、放电次数增加,煤岩体内部形成大量微裂纹和多条斜向45°的X形主裂纹,达到最佳放电次数后继续放电,微裂纹数量、规模、密集程度基本不再增加,而贯通性主裂纹进一步发育、扩展,长度继续增加。(3)随着放电次数增加,分形维数值逐渐减小,裂纹逐渐从随机、无序性微裂纹向有序性、贯通性主裂纹调整,裂纹复杂程度逐渐减小。(4)数值模拟结果显示,钻孔水中放电后煤岩体钻孔周围形成了大量微裂纹和数量不等的主、次裂纹,随着放电电压和放电次数的增加,主裂纹长度增加明显。研究结果可为水中高压电脉冲压裂煤岩储层技术应用提供理论支撑。
  • 关键词

    水中高压放电声发射裂纹断裂演化PFC数值模拟

  • 文章目录
    0引 言
    1水中高压电脉冲裂纹断裂扩展机理
    1.1水中高压电脉冲放电水激波强度
    1.2水中高压电脉冲压裂煤岩体断裂机制
    2声发射监测水中高压电脉冲压裂试验
    2.1试验系统及试验方案
    2.2试验结果分析
    2.2.1振铃计数及能量分析
    2.2.2声发射事件时空演化特征分析
    2.2.3声发射事件分形维数分析
    3水中高压电脉冲压裂煤岩体数值模拟
    3.1建立数值模型
    3.2模拟结果与试验结果对比分析
    3.3裂纹扩展形态分析
    4讨论
    5结论
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