水中脉冲放电压裂抽采煤层气机理与数值模拟研究

油气藏评价与开发 ›› 2019, Vol. 9 ›› Issue (2): 71-74.

水中脉冲放电压裂抽采煤层气机理与数值模拟研究

鲍先凯^1,²,曹嘉星¹,段东明¹,赵金昌²,武晋文³

^1. 内蒙古科技大学土木工程学院,内蒙古包头 014010
^2. 太原理工大学矿业工程学院,山西太原 030024
^3. 中北大学理学院,山西太原 030051

收稿日期:2018-05-30 发布日期:2019-05-07 出版日期:2019-04-26
作者简介:鲍先凯（1974—）,男,博士,煤层气开发与利用。
基金资助:
内蒙古自然科学基金"基于高压电脉冲水压致裂的低渗透性煤层气解吸增透效果试验研究"(2016MS0511);国家自然基金青年科学基金项目"岩石高温三轴压裂机理研究"(51504220);山西省自然科学基金"静水压力作用下脉冲放电水激波不同速率动载组合致裂低渗透煤层机理研究"(201701D121132)

Mechanism and numerical simulation of CBM extraction by pulsed discharge fracturing in water

Bao Xiankai^1,²,Cao Jiaxing¹,Duan Dongming¹,Zhao Jinchang²,Wu Jinwen³

^1. School of Civil Engineering, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou, Inner Mongolia 014010, China
^2. School of Mining Technology, Taiyuan University of Technology, Taiyuan, Shanxi 030024, China
^3. School of Science, North University of China, Taiyuan, Shanxi 030051, China

Received:2018-05-30 Online:2019-05-07 Published:2019-04-26

摘要/Abstract

摘要：

为了提高低渗透性煤体煤层气的开采效率,提出了水中脉冲放电压裂抽采煤层气技术,研究了水中高压电脉冲放电机理和煤体裂隙断裂扩展机理,并应用RFPA-Dynamic进行能量数值模拟计算。研究结果表明：在相同静水压力作用下,随着放电能量的增加,煤体产生裂隙更多,裂隙长度更长,宽度更宽,钻孔周围裂隙密度也更大。裂隙尖端应力随着加载时间和放电能量的增加而增加,裂隙更容易扩展。研究结果可为煤层气的开采提供一定的理论依据。

关键词: 高压电脉冲, 水中放电, 裂隙, 断裂能量, RFPA-Dynamic

Abstract:

In order to improve the production efficiency of coal-bed methane with low permeability, we proposed the CBM fracturing and recovery technique with pulsed discharge in water, studied the mechanism of high-voltage electrical pulse discharge in water and the fracture mechanism of coal fractures, and calculated the numerical simulation of energy by RFPA-Dynamic. The results showed that under the same hydrostatic pressure, and with the increase of discharge energy, the fissures increased, the fissure length got longer, the width got wider, and the fissure density around the borehole got larger. The tip stress of the fissure increased with the loading time and the discharge energy, so that the fissures expanded more easily. The research results could provide certain theoretical basis for the exploitation of CBM.

Key words: high-voltage electrical pulse, discharge in water, crack, break energy, RFPA-Dynamic

中图分类号:

TE19

鲍先凯,曹嘉星,段东明等. 水中脉冲放电压裂抽采煤层气机理与数值模拟研究[J]. 油气藏评价与开发, 2019, 9(2): 71-74.

Xiankai Bao,Jiaxing Cao,Dongming Duan, et al. Mechanism and numerical simulation of CBM extraction by pulsed discharge fracturing in water[J]. Reservoir Evaluation and Development, 2019, 9(2): 71-74.

图/表 3

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名称	密度/（kg·m^-3）	泊松比	弹性模量/MPa	内摩擦角/（°）	抗压强度/MPa	抗拉强度/MPa
平均值	1 450	0.201	3 400	32.85	18.69	0.953
均质度系数	100	100	3		3	3