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本文以沁水盆地南部郑庄区块为研究区,开展了煤层的煤岩煤质、地质条件、地应力分布规律研究,进一步深入剖析了研究区水力压裂裂缝的扩展规律,最终实现了对研究区压裂效果评价及参数优化。本论文将地质与开发相结合,揭示了不同地质及开发工艺条件下水力裂缝的扩展规律,阐明了无烟煤储层压裂裂缝的扩展规律,建立了裂缝扩展的几何参数计算模型。主要成果和认识如下:(1)阐明了郑庄区块煤岩的煤岩性质和储层物性特征。郑庄区块属于无烟煤,含灰分较低,属于低灰煤。由于西南部寺头断层的发育,造成煤储层物性在区域分布的非均质性。(2)阐明了郑庄区块煤层及顶底板力学性质、力学参数之间相互关系以及抗拉强度对水力压裂的影响。煤层及顶底板都符合抗拉强度与干燥抗压强度之间相关性最好,其次为杨氏模量与干燥抗压强度,而泊松比与饱和抗压强度的拟合度最差的统计规律,水力裂缝缝长与缝高受到煤岩及顶底板抗拉强度差值影响。(3)基于煤岩地应力测试及试井资料,阐明了郑庄区块地应力分布规律。总体上郑庄区块地应力受到埋深和断层分布的影响,郑庄北部和东南部三轴应力较大,地应力的分布影响水力压裂时煤层的破裂压力及水力裂缝形态。(4)通过对采自郑庄周边6块煤岩大样进行真三轴水力压裂实验及ANSYS数值模拟实验,揭示了不同地质及压裂施工条件下煤岩及顶底板水力裂缝扩展规律。实验研究表明天然裂缝的尺寸大小、逼近角、水平应力差系数(K_h),垂向应力及压裂液注入排量对煤岩水力裂缝扩展都产生影响。数值模拟结果显示,K_h是影响裂缝裂缝是否沿着σ_H方向扩展的关键参数。压裂实验表明,不同的裂缝扩展方式实际取决于流体压力与裂缝沿着各界面扩展的临界压力的大小关系。(5)运用综合滤失系数,结合煤层的应力敏感性,以安泽区块为例,建立了综合滤失系数计算模型。通过与裂缝监测数据的对比,建立了适合沁南盆地郑庄和安泽区块的水力裂缝扩展模型,研究表明同一盆地不同区块甚至同一区块不同构造部位,其适用的裂缝模型不同。PKN压降模型适用于水力压裂不压开煤层顶底板,天然裂缝发育较少的煤储层。而KGD压降模型适用于水力裂缝压穿顶底板,缝高较大的煤储层。