| 摘要 | 第6-8页 |
| ABSTRACT | 第8-10页 |
| 第1章 绪论 | 第16-38页 |
| 1.1 背景和意义 | 第16-23页 |
| 1.1.1 矿井瓦斯灾害 | 第17-18页 |
| 1.1.2 温室气体危害与利用 | 第18-19页 |
| 1.1.3 国家“本质安全矿井、先抽后采”的政策方向 | 第19-20页 |
| 1.1.4 我国煤矿瓦斯抽采工作及煤层透气性现状 | 第20-21页 |
| 1.1.5 存在问题及研究意义 | 第21-23页 |
| 1.2 国内外水力压裂研究现状 | 第23-34页 |
| 1.2.1 煤层强化增透技术 | 第23-25页 |
| 1.2.2 石油增采水力压裂技术 | 第25-27页 |
| 1.2.3 煤层水力压裂技术 | 第27-31页 |
| 1.2.4 水力压裂机理研究 | 第31-33页 |
| 1.2.5 水力压裂装备研究 | 第33-34页 |
| 1.2.6 压裂后煤层气产能预测现状 | 第34页 |
| 1.3 研究内容和技术路线 | 第34-38页 |
| 1.3.1 研究内容 | 第34-36页 |
| 1.3.2 特色与创新 | 第36-37页 |
| 1.3.3 技术路线 | 第37-38页 |
| 第2章 致裂煤体构造与基本特性 | 第38-53页 |
| 2.1 煤的构造 | 第38-40页 |
| 2.1.1 非破坏煤的结构 | 第38-39页 |
| 2.1.2 破坏煤的结构 | 第39-40页 |
| 2.2 煤的裂隙 | 第40-41页 |
| 2.2.1 非破坏煤裂隙系统 | 第40-41页 |
| 2.2.2 破坏煤的裂隙系统 | 第41页 |
| 2.3 煤体力学特性 | 第41-44页 |
| 2.3.1 非破坏煤力学特性 | 第41-44页 |
| 2.3.2 破坏煤的力学特性 | 第44页 |
| 2.4 煤吸附-放散特性 | 第44-48页 |
| 2.4.1 煤的孔隙系统 | 第44-45页 |
| 2.4.2 煤的吸附特性 | 第45-47页 |
| 2.4.3 构造煤与非构造煤的放散特性 | 第47-48页 |
| 2.5 煤的渗流特性 | 第48-51页 |
| 2.5.1 煤渗透性的表征 | 第48-49页 |
| 2.5.2 煤岩渗透性的特点 | 第49-51页 |
| 2.6 煤的渗透性的应力响应特征 | 第51-52页 |
| 2.7 本章小结 | 第52-53页 |
| 第3章 定向压裂的基本原理 | 第53-70页 |
| 3.1 不同破坏煤体的起裂条件 | 第53-58页 |
| 3.1.1 非破坏煤的起裂条件 | 第55-57页 |
| 3.1.2 Ⅱ类破坏煤的起裂条件 | 第57-58页 |
| 3.1.3 Ⅲ～Ⅴ类破坏煤的起裂条件 | 第58页 |
| 3.2 不同埋深煤层裂纹扩展方向 | 第58-60页 |
| 3.3 煤层原生裂隙对裂纹扩展影响 | 第60-61页 |
| 3.4 含煤岩界面的裂纹扩展特征 | 第61-62页 |
| 3.5 裂纹扩展中控制钻孔的“松动圈”效应 | 第62-64页 |
| 3.6 辅助压裂孔的导向作用 | 第64-65页 |
| 3.7 “点”式定向压裂的过程 | 第65-68页 |
| 3.8 本章小结 | 第68-70页 |
| 第4章 “点”式定向压裂工艺研究 | 第70-86页 |
| 4.1 “点”式定向水力压裂的工程意义 | 第70-71页 |
| 4.2 顺层钻孔“点”式定向压裂工艺 | 第71-74页 |
| 4.2.1 钻孔布置 | 第71-74页 |
| 4.2.2 系统连接 | 第74页 |
| 4.3 穿层钻孔“点”式定向压裂工艺 | 第74-79页 |
| 4.3.1 钻孔布置 | 第75-77页 |
| 4.3.2 控制孔与辅助压裂孔的设计 | 第77-78页 |
| 4.3.3 防止裂缝面顺煤岩界面扩展的措施 | 第78-79页 |
| 4.4 “点”式定向压裂的选层 | 第79-80页 |
| 4.5 注入压力的预测与设计 | 第80-81页 |
| 4.6 其它参数设计 | 第81-82页 |
| 4.7 封孔方法 | 第82-83页 |
| 4.8 典型水力压裂曲线 | 第83-85页 |
| 4.8.1 传统水力压裂典型曲线 | 第83-84页 |
| 4.8.2 “点”式定向水力压裂典型曲线 | 第84-85页 |
| 4.9 本章小结 | 第85-86页 |
| 第5章 “点”式定向压裂机理的数值试验 | 第86-108页 |
| 5.1 顺层孔“点”式定向压裂的RFPA~(2D)-FLOW模拟研究 | 第86-90页 |
| 5.1.1 数值模型 | 第86-87页 |
| 5.1.2 无控制孔 | 第87-88页 |
| 5.1.3 有控制孔 | 第88-90页 |
| 5.2 “点”式控制压裂工程实例的三维并行模拟研究 | 第90-97页 |
| 5.2.1 流-固耦合模型并行有限元分析系统简介 | 第91-93页 |
| 5.2.2 数值模型 | 第93-94页 |
| 5.2.3 模拟结果及分析 | 第94-97页 |
| 5.3 穿层钻孔水力压裂的RFPA~(2D)-FLOW模拟研究 | 第97-102页 |
| 5.3.1 无控制孔 | 第97-98页 |
| 5.3.2 有控制孔 | 第98-102页 |
| 5.4 穿层钻孔水力压裂的三维并行模拟研究 | 第102-107页 |
| 5.5 本章小结 | 第107-108页 |
| 第6章 “点”式定向压裂装备研究 | 第108-116页 |
| 6.1 “点”式水力压裂封孔器研制 | 第108-114页 |
| 6.1.1 原理与结构 | 第108-110页 |
| 6.1.2 各组件的连接 | 第110-111页 |
| 6.1.3 高压密封胶囊的研制 | 第111-112页 |
| 6.1.4 注水器的研制 | 第112-113页 |
| 6.1.5 主要技术参数 | 第113-114页 |
| 6.2 “点”式压裂移动式高压泵站研制 | 第114页 |
| 6.3 地面工业试验 | 第114-115页 |
| 6.4 本章小结 | 第115-116页 |
| 第7章 “点”式定向压裂现场试验 | 第116-130页 |
| 7.1 试验地点概况 | 第116-117页 |
| 7.2 煤层基本参数测定 | 第117-119页 |
| 7.2.1 应力测定 | 第117-118页 |
| 7.2.2 瓦斯参数测定 | 第118-119页 |
| 7.3 压裂设计 | 第119-121页 |
| 7.3.1 钻孔方向与钻孔数量 | 第119-120页 |
| 7.3.2 水力压裂压力确定 | 第120页 |
| 7.3.3 钻孔直径 | 第120-121页 |
| 7.3.4 钻孔深度 | 第121页 |
| 7.3.5 钻孔间距 | 第121页 |
| 7.4 现场施工 | 第121页 |
| 7.5 压裂水压曲线 | 第121-127页 |
| 7.6 普通井下钻孔水力压裂的对比实验 | 第127-129页 |
| 7.7 本章小结 | 第129-130页 |
| 第8章 压裂效果考察及煤层气产能预测 | 第130-159页 |
| 8.1 顺层孔压裂前后抽采模拟 | 第130-136页 |
| 8.1.1 含瓦斯煤岩流固耦合(RFPA-GAS)模型及解法 | 第130-132页 |
| 8.1.2 数值模型 | 第132-133页 |
| 8.1.3 措施前的钻孔抽采模拟 | 第133-134页 |
| 8.1.4 措施后抽采模拟 | 第134-136页 |
| 8.2 穿层钻孔压裂前后抽采模拟 | 第136页 |
| 8.3 曲面积分法产能预测 | 第136-148页 |
| 8.3.1 计算数据的获取 | 第138-141页 |
| 8.3.2 瓦斯含量的估值算法 | 第141-143页 |
| 8.3.3 估值算法优选 | 第143-145页 |
| 8.3.4 强化措施后瓦斯抽采量预测系统软件 | 第145-146页 |
| 8.3.5 软件计算结果 | 第146-148页 |
| 8.4 压裂前后初期抽采量对比 | 第148-150页 |
| 8.5 衰减法产能预测 | 第150-154页 |
| 8.6 压裂前后煤层透气性对比 | 第154页 |
| 8.7 压裂前后工作面瓦斯涌出量对比 | 第154-158页 |
| 8.7.1 回采工作面瓦斯涌出一般规律 | 第154-156页 |
| 8.7.2 措施后的1个完整作业循环的瓦斯涌出量 | 第156-157页 |
| 8.7.3 压裂区与未压裂区瓦斯涌出量 | 第157-158页 |
| 8.8 本章小结 | 第158-159页 |
| 第9章 结论与展望 | 第159-161页 |
| 9.1 主要结论 | 第159-160页 |
| 9.2 未来展望 | 第160-161页 |
| 参考文献 | 第161-166页 |
| 致谢 | 第166-167页 |
| 作者简介 | 第167-168页 |
| 攻读学位期间发表论文及科研经历 | 第168-170页 |
