水力压裂层位及其确定方法、水力压裂位置的确定方法技术

本申请提供一种水力压裂层位及其确定方法、水力压裂位置的确定方法，涉及煤矿开采领域，用于解决确定水力压裂层位的精准度较低的技术问题。所述水力压裂层位的确定方法包括以下步骤：获取岩样的岩样信息，所述岩样信息包括岩样力学参数、地应力参数和岩层参数；根据所述岩样力学参数、地应力参数和岩层参数建立三维弹塑性数值模型，所述三维弹塑性数值模型包括层叠设置的多个岩层；对所述三维弹塑性数值模型进行迭代计算，得到所述三维弹塑性数值模型的不平衡力分布信息；根据所述不平衡力分布信息，确定水力压裂层位，所述水力压裂层位的下部区域内的不平衡力大于上部区域内的不平衡力。平衡力。平衡力。

【技术实现步骤摘要】
水力压裂层位及其确定方法、水力压裂位置的确定方法


[0001]本申请涉及煤矿开采领域，尤其涉及一种水力压裂层位及其确定方法、水力压裂位置的确定方法。

技术介绍

[0002]水力压裂技术已被广泛应用于煤矿开采中，其原理为利用高压液体压裂岩石，当注入井中的液体压力超过地层应力和岩石的抗张强度后，岩石发生碎裂而形成裂缝，预先释放开采工作面的应力。
[0003]煤层上方存在着由砂岩、砾岩或石灰岩等岩石形成的顶板，此类顶板厚度大、强度高并且具有节理裂隙不发育以及较强的整体性和自承能力，其中，“节理裂隙”是指岩体沿破裂面无显著位移的断裂构造。当煤层开采后，顶板会大面积悬空暴露在采空区，当顶板发生第一次垮落时，垮落面积较大，会造成工作面压力突增，形成顶板的初次来压，工作面发生初次来压后会进一步发生压力传导，经一定传导时间和距离后，顶板来压重复出现，形成强烈的周期性来压，将引发包括冲击地压和矿震等动力现象灾害，轻则造成设备损坏，重则出现危及人身安全的恶性事故。通过水力压裂技术可使部分岩层预先断裂，以避免顶板承压过多而导致安全事故，因此，确定合适的水力压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水力压裂层位的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：获取岩样的岩样信息，所述岩样信息包括岩样力学参数、地应力参数和岩层参数；根据所述岩样力学参数、地应力参数和岩层参数建立三维弹塑性数值模型，所述三维弹塑性数值模型包括层叠设置的多个岩层；对所述三维弹塑性数值模型进行迭代计算，得到所述三维弹塑性数值模型的不平衡力分布信息；根据所述不平衡力分布信息，确定水力压裂层位，所述水力压裂层位的下部区域内的不平衡力大于上部区域内的不平衡力。2.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，对所述三维弹塑性数值模型进行迭代计算的步骤包括：计算所述三维弹塑性数值模型的应力场σ，计算公式为：∑
ε
∫
Vε
B
T
σdV＝F
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式(1)其中，F为外荷载等效节点力向量，B为三维弹塑性数值模型的应变矩阵，V为三维弹塑性数值模型的体积；根据所述应力场σ计算f(σ)，计算公式为：其中，I1＝σ1+σ2+σ3，σ1、σ2、σ3为σ对应的主应力，为材料摩擦角，c为材料粘聚力，所述f(σ)用于判断应力是否超出屈服面；计算不平衡力场Δσ
p
，计算公式为：Δσ
p
＝nσ
ij
+pδ
ij
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式(3)其中，m＝α(3λ+2μ)，m＝α(3λ+2μ)，I1、J2和f由所述式(2)计算获得，E为岩样材料杨氏模量，v为岩样材料泊松比；计算不平衡力Q，计算公式为：Q＝∑
ε
∫
Vε
B
T
Δσ
p
dV
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式(4)所述不平衡力Q为所述不平衡力场Δσ
p
的等效节点力。3.根据权利要求2所述的确定方法，其特征在于，所述三维弹塑性数值模型还包括在每相邻两个所述岩层之间设置的薄层单元；通过所述薄层单元模拟岩层间离层，所述不平衡力Q分布于各所述薄层单元。4.根据权利要求3所述的确定方法，其特征在于，对所述三维弹塑性数值模型进行迭代计算的步骤包括：比较所述不平衡力Q与第一阈值T1，其中，所述第一阈值T1设置为大于或等于0的实数；当所述薄层单元中的所述不平衡力Q大于所述第一阈...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昀，杨强，段宏飞，李超毅，朱启贤，贾冬，路清贤，李庆斌，
申请(专利权)人：清华大学华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：