煤岩力学性质及煤储层压裂数值模拟：以山西晋城地区为例 [The Coal Mechanical Properties and Coal Reservoir Fracturing Simulation:Take Jincheng District of Shanxi Province as an Example] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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颜志丰 著

图书标签:

• 煤岩力学
• 煤储层
• 压裂模拟
• 数值模拟
• 山西晋城
• 煤炭工程
• 岩石力学
• 储层工程
• 油气田
• 地质工程

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030535771

版次：1

商品编码：12214650

包装：平装

外文名称：The Coal Mechanical Properties and Coal Reservoir Fracturing Simulation:Take Jincheng District of Shanxi Province as an Examp

内容简介

　　《煤岩力学性质及煤储层压裂数值模拟：以山西晋城地区为例》介绍了晋城矿区寺河煤矿3号煤的煤岩特征、煤岩的抗拉强度、单轴抗压强度、三轴抗压强度和单轴压缩条件下的声发射特征。根据寺河煤矿煤岩力学特征，用ANSYS有限元模拟软件进行了煤储层水力压裂模拟实验研究。根据模拟结果阐述了岩层无裂缝时的破裂特征、先存裂缝对压裂的影响，以及煤岩各向异性的力学特征对煤储层压裂的影响。
　　《煤岩力学性质及煤储层压裂数值模拟：以山西晋城地区为例》可供高等院校地质学、资源勘查工程专业师生阅读，也可供相关专业科研、工程技术人员参考。

内页插图

目录

前言

第1章 绪论
1．1 非煤岩石强度和变形特征的实验研究
1．1．1 岩石的抗拉强度实验
1．1．2 岩石单轴压缩实验
1．1．3 岩石三轴压缩实验
1．2 煤岩强度及变形特征的实验研究
1．2．1 煤岩的抗拉强度试验
1．2．2 煤岩单轴压缩实验研究
1．2．3 煤岩三轴压缩实验研究
1．3 煤岩压缩破裂声发射实验研究现状及评述
1．3．1 研究历史
1．3．2 声发射技术的研究成果及应用
1．3．3 声发射信号提取和分析识别研究

第2章 区域地质特征
2．1 基本地质特征
2．2 地层概述
2．3 含煤地层
2．3．1 上石炭统太原组
2．3．2 下二叠统山西组
2．4 构造特征
2．5 石炭一二叠系聚煤特征
2．5．1 含煤岩系沉积环境概述
2．5．2 成煤环境与聚煤模式
2．5．3 古地理特征与聚煤作用
2．6 岩浆活动
2．6．1 各期岩浆岩基本特征
2．6．2 区域岩浆热活动对煤层气生成的影响

第3章 煤层的割理特征及煤岩的抗拉强度
3．1 割理类型及特征
3．1．1 割理描述要素
3．1．2 割理的矿物充填
3．1．3 割理分布
3．2 影响割理发育程度的因素
3．2．1 影响割理发育程度的煤储层因素
3．2．2 割理与煤级的关系
3．3 割理对煤层渗透率的影响
3．3．1 割理平面组合类型划分
3．3．2 煤层割理系统的发育程度是影响渗透性的内在因素
3．3．3 利用割理描述要素来评价储层渗透性
3．3．4 沁水盆地南部寺河矿3号煤层的割理特征
3．4 晋城煤的抗拉强度特征
3．4．1 煤岩抗拉强度测试
3．4．2 测试结果综合分析

第4章 饱和含水煤岩的单轴抗压强度特征
4．1 试验方法说明
4．1．1 试验要求与说明
4．1．2 计算公式
4．2 试验结果与分析
4．2．1 煤层单轴压缩破坏特征
4．2．2 加载轴线方向对煤块的抗压强度瓯和弹性模量有显著的影响
4．3 煤层单轴强度和变形特征
4．3．1 煤层单轴强度特征
4．3．2 煤岩变形特征
4．4 煤样的全应力一应变曲线类型和变形机理
4．4．1 煤岩单轴压缩全应力一应变曲线类型
4．4．2 煤岩单轴压缩条件下的变形破坏机制
4．4．3 煤岩变形破坏过程中的能量积聚与耗散规律

第5章 饱和含水煤岩的三轴压缩强度及变形特征的试验研究
5．1 试验方法及煤样制备
5．1．1 试验要求与说明
5．1．2 计算公式
5．1．3 试验结果
5．2 常规三轴压缩条件下煤岩的变形特征
5．2．1 煤样峰值应变与围压的关系
5．2．2 煤样弹性模量与围压的关系
5．3 常规三轴压缩条件下煤岩的强度特征
5．4 煤的黏聚力和内摩擦角

第6章 饱和含水煤岩的声发射特征
6．1 单轴压缩条件下煤岩破坏过程的声发射试验
6．2 煤岩单轴压缩条件下的声发射特征
6．2．1 煤样单轴压缩情况下的应力一应变曲线特征
6．2．2 煤样声发射应变一振铃计数率曲线的类型特征
6．2．3 煤样在不同方向上声发射特征的差异
6．2．4 振铃计数率和能量计数率的关系

第7章 水力压裂有限元数值模拟
7．1 有限元数值模拟技术
7．1．1 有限元方法概述
7．1．2 ANSYS功能及特点
7．2 水力压裂数值模拟基础
7．2．1 计算模型
7．2．2 破裂准则
7．2．3 地应力
7．2．4 破裂压力计算方法
7．3 模型选择对模拟结果的影响
7．3．1 模型尺寸对模拟结果的影响
7．3．2 网格划分对模拟结果的影响
7．3．3 裂隙宽度对水力压裂模拟结果的影响

第8章 有限元数值模拟的破裂压力计算
8．1 煤岩中无裂缝时的破裂压力
8．1．1 计算模型
8．1．2 破裂压力
8．1．3 地应力对破裂压力的影响
8．2 先存裂缝对压裂的影响
8．2．1 计算模型
8．2．2 破裂压力
8．2．3 含裂缝时破裂压力与不含裂缝时破裂压力的比较
8．2．4 压裂裂缝启裂方位
8．3 煤岩力学性质的不均匀性对破裂压力的影响
8．3．1 计算模型
8．3．2 计算结果
8．3．3 煤岩力学性质对最大拉应力位置的影响
8．3．4 材料的各向异性对破裂压力的影响
8．3．5 材料各向异性和各向同性时破裂压力的对比

参考文献

单位和符号
附表1 不同工作压力条件下井壁所产生的拉应力
附表2 煤岩裂隙方向与主地应力方向夹角不同时井中压力在井壁上产生的拉应力
附表3 煤岩各向异性、无裂隙时最大力学参数与最大地应力在不同夹角时井中压力在井壁上产生的拉应力

本书是一部专注于煤岩力学性质深入研究及其在煤层气储层压裂数值模拟中应用的重要著作。作者以山西晋城地区为典型案例，系统阐述了煤岩体在复杂地质应力、温度及流体压力条件下表现出的独特力学行为。 全书的研究脉络清晰，从宏观到微观，从理论到实践，层层递进。首先，作者详细介绍了煤岩力学性质的测试方法与评价体系，包括单轴、三轴压缩试验、直剪试验、声波测试等，并对不同煤种、不同含水率、不同孔隙度及不同围压条件下煤岩的强度、变形模量、泊松比、内摩擦角等关键力学参数进行了详尽的分析与归纳。在此基础上，作者深入探讨了煤岩的损伤力学、断裂力学及流固耦合机制，揭示了煤岩在加载过程中微裂纹的萌生、扩展与贯通过程，以及孔隙压力、基质收缩和水力压裂液侵入对煤岩力学性质的影响。 本书的核心内容之一是煤层气储层压裂数值模拟。作者构建了多尺度、多物理场的数值模型，考虑了煤岩的非线性力学行为、复杂裂缝网络演化、煤层气渗流规律及应力连通性等关键因素。通过对晋城地区实际地质资料的充分运用，作者建立了详细的数值模型，并进行了大量的敏感性分析与参数反演，旨在优化压裂设计方案，提高煤层气产能。模拟部分涵盖了水力压裂过程中裂缝的形成与扩展、压裂液的渗流与扩散、地层应力的动态变化、煤岩体变形与破坏等关键过程。尤其值得关注的是，作者针对煤岩易垮塌、应力敏感性强等特点，开发了更为精细化的数值模拟方法，能够更准确地预测压裂效果和储层长期生产动态。 此外，本书还深入探讨了压裂过程中煤岩体应力状态的演化，分析了外部压力、温度变化、流体注入等因素对煤岩应力场的影响。通过数值模拟，研究者能够更直观地理解压裂过程中裂缝网络与原生地质构造的相互作用，以及裂缝扩展方向和形态的控制因素。这对于实现压裂裂缝的合理定向、最大化储层渗透率具有重要的指导意义。 作者还针对煤层气开采中常见的技术难题，如煤层水力压裂的复杂性、应力屏蔽效应、裂缝近场与远场的耦合等，提出了相应的解决方案和改进建议。例如，在数值模拟中引入更先进的裂缝模型，以更准确地描述复杂裂缝网络的演化；在压裂液设计方面，考虑煤岩的吸水性和溶胀性，优化压裂液的流变性和滤失性；在生产优化方面，结合模拟结果，提出基于动态应力重构的生产策略。 本书的案例研究部分，以山西晋城地区为例，对当地的煤岩赋存条件、地质构造、煤层气藏特征进行了详尽的介绍。在此基础上，作者利用前述的理论方法和数值模拟技术，对晋城地区某典型煤层气区块的压裂效果进行了详细分析和评价。通过对比模拟结果与实际生产数据，验证了模型的准确性和有效性，并为该地区乃至其他类似地质条件的煤层气开发提供了宝贵的实践经验和技术参考。 本书的读者对象广泛，包括从事煤层气勘探开发的地质工程师、油气储层工程师、数值模拟工程师，以及相关领域的科研人员和高等院校师生。本书内容严谨，逻辑清晰，图表丰富，为读者提供了一个深入了解煤岩力学性质、掌握煤层气储层压裂数值模拟技术的重要平台。通过阅读本书，读者将能够深刻理解煤岩力学行为的复杂性，熟练掌握先进的数值模拟工具，从而为煤层气资源的有效开发提供坚实的理论基础和技术支撑。

评分☆☆☆☆☆

这本书的气质十分严谨，从书名本身就传递出一种扎实的学术研究风格。我并非地质或采矿领域的专业人士，但出于对能源科学的兴趣，我常常会去了解一些前沿的学术成果。这本书聚焦于“煤岩力学性质”和“煤储层压裂数值模拟”，这两个都是煤炭资源开发，尤其是煤层气开发中不可或缺的关键环节。我设想书中在力学性质方面，会从微观和宏观两个层面进行阐述。微观上，可能会涉及煤岩的矿物成分、微观孔隙结构、有机质含量等如何影响其整体力学表现。宏观上，则会关注煤岩在不同加载速率、应力状态（单轴、三轴）、孔隙压力、温度条件下的力学响应，例如弹性模量、泊松比、抗压强度、抗拉强度、内聚力、内摩擦角等参数的测定方法和影响因素。而“数值模拟”部分，我最感兴趣的是其方法论。书中会详细介绍采用哪种数值模拟技术？是基于连续介质力学的方法（如有限元法），还是考虑裂纹扩展的离散方法（如离散单元法）？亦或是专门针对多孔介质流动机理的耦合模拟？我期待书中能够清晰地阐述模型构建的思路，以及如何利用晋城地区实际的地质勘探数据和煤岩力学试验数据来构建一个能够真实反映地质条件的模型。书中关于压裂裂缝的起裂、扩展、连通以及对储层渗透率提升效果的评估，将是我重点关注的内容。

评分☆☆☆☆☆

这本书的题目就直接点出了其研究的核心内容：煤岩的力学特性以及如何通过数值模拟来预测和优化煤储层的压裂效果，并且聚焦于山西晋城这一具体的地理区域。这表明书中将包含理论研究、数值模拟方法和实际案例分析。我非常关注书中在“煤岩力学性质”部分，会对煤岩在不同应力、温度、孔隙压力等条件下的力学行为有怎样的阐释。例如，是否会深入讨论煤岩的弹性模量、泊松比、抗压强度、抗拉强度等关键参数是如何测定的，以及这些参数的取值范围在实际工程中是怎样的？是否会涉及煤岩的非线性力学特性，以及其在加载和卸载过程中的迟滞效应？对于“煤储层压裂数值模拟”这部分，我非常期待能够看到书中详细介绍数值模型的构建过程。是采用有限元、有限差分，还是离散单元法？模型中如何考虑煤岩的本构关系、裂缝的萌生和扩展、以及裂缝网络的形成？晋城地区作为一个研究案例，我也想了解书中会提供哪些具体的地质背景信息，例如煤层的厚度、埋深、地应力状态、孔隙度和渗透率等，以及这些信息是如何被用于构建和校准数值模型的。

评分☆☆☆☆☆

这本书从标题来看，其学术价值和工程应用价值都非常显著。作为一名对地下工程和非常规油气开发感兴趣的读者，我一直关注着煤岩力学行为及其对储层改造效果的影响。这本书深入探讨“煤岩力学性质”，这必然涉及到对煤岩材料本身的深入理解，包括其成分、结构、微观特性以及宏观力学行为。我推测书中会对煤岩在不同应力、温度、含水率等环境下的强度、变形、破坏特性进行详细的分析和表征。这可能包括对不同煤种（如烟煤、无烟煤）在力学性质上的差异的讨论，以及煤层本身存在的构造应力、地应力、孔隙压力对煤岩力学行为的影响。而“煤储层压裂数值模拟”部分，更是将理论研究与实际工程紧密结合。我期待书中能够详细介绍构建数值模型所用的方法和软件，以及如何将煤岩的力学参数有效地输入到模型中。尤其令我感兴趣的是，书中将如何模拟水力压裂过程中复杂裂缝的形成、扩展和连通，以及这些裂缝如何影响煤储层的渗透率和天然气产量。以晋城地区为例，这表明书中会包含针对特定地质条件下煤岩力学行为的研究和模拟结果，这对于区域性的煤层气开发具有重要的借鉴意义。

评分☆☆☆☆☆

这本书以其鲜明的标题“煤岩力学性质及煤储层压裂数值模拟：以山西晋城地区为例”吸引了我的注意。作为一个对能源开发技术有一定了解的读者，我知道煤岩的力学特性直接关系到煤层气的赋存、开采以及水力压裂的效果。因此，书中关于“煤岩力学性质”的部分，我非常期待它能够提供对煤岩在不同应力状态下，例如单轴压缩、三轴压缩、拉伸等情况下的变形和破坏机理的详尽阐述。是否会涉及煤岩的蠕变、疲劳等长期力学行为的研究？或者是否会关注煤岩中天然裂缝的存在对整体力学性能的影响？这些都是值得深入探讨的。而“煤储层压裂数值模拟”则是这本书的另一核心亮点。我好奇书中作者会采用何种数值模拟方法来描述水力压裂过程。是基于连续介质力学的有限元方法，还是能够更精细地模拟裂缝扩展的离散元方法，亦或是两者结合？书中关于模型建立过程中参数的选取、标定以及验证的详细过程，将是评估其科学性和实用性的关键。晋城地区作为一个具体的案例，也让我期待书中能够展示如何将理论模型与实际的勘探数据相结合，从而得出更具指导意义的模拟结果。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名《煤岩力学性质及煤储层压裂数值模拟：以山西晋城地区为例》直接点明了其研究的两个重要方面，并且具有鲜明的地域特色，这让我对其内容充满了期待。对于“煤岩力学性质”这部分，我推测书中会详细介绍煤岩在不同应力、温度、孔隙压力等条件下表现出的独特力学行为。例如，是否会涉及煤岩的强度、刚度、延性、脆性等特征的量化表征？是否会讨论煤岩中天然裂缝的存在及其对整体力学性能的影响？我尤其期待书中能够阐述煤岩的破坏准则，以及在实际开采和压裂过程中可能出现的应力集中、变形失稳等问题。在“煤储层压裂数值模拟”方面，我希望书中能够清晰地介绍作者所采用的数值模拟方法和软件平台。是基于连续介质力学的方法，还是更精细化的离散元方法？书中关于裂缝的起裂、扩展、连通以及最终对储层渗透率提升效果的预测，将是我关注的重点。以晋城地区为例，这表明书中会包含针对该地区特定地质条件下的煤岩力学参数和压裂效果的分析，这将为其他类似地区的煤层资源开发提供宝贵的参考。

评分☆☆☆☆☆

这本书给人的第一印象就是它的专业性和深度。单从“煤岩力学性质”这个词组，我就能联想到其中可能包含的复杂物理模型和实验数据。我一直对地下工程中的力学行为很感兴趣，而煤岩作为一种特殊的岩石，其力学特性在开采过程中扮演着至关重要的角色。我非常希望书中能够详尽地阐述煤岩在不同应力状态下的应力-应变关系，包括弹性变形、塑性变形以及最终的破坏过程。书中是否会讨论煤岩的脆性特征，以及其在高温高压环境下的行为？例如，煤层瓦斯赋存的特点，可能对煤岩的力学性质产生何种影响？这都是我非常感兴趣的方面。而“煤储层压裂数值模拟”更是将理论研究推向了实践应用。我期待书中能够详细介绍构建数值模型的过程，包括网格划分、单元类型选择、边界条件和初始条件的设定等。更重要的是，我希望看到书中作者如何将煤岩的力学性质参数输入到数值模型中，并通过模拟来预测水力压裂过程中裂缝的扩展路径、形态以及对储层渗透率的影响。我会特别关注书中是否会提及裂缝网络的形成和演化，以及如何通过数值模拟来优化压裂方案，提高煤层气采收率。以晋城地区为例，这种区域性的研究，也让我对书中可能包含的详细地质数据和现场案例充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计相当大气，深邃的煤灰色背景搭配着烫金的书名，瞬间就勾勒出一种严谨、专业的学术氛围。尽管我并非直接从事煤层力学研究的专家，但仅从书的装帧和初步扫过的目录，就能感受到它对学术严谨性的追求。翻开第一页，厚实的纸张触感和清晰的字体排版就给人一种阅读的愉悦感，这对于一本理工科书籍来说至关重要，因为长时间的阅读需要良好的载体。尽管我还没有深入到书中具体的公式推导和数值模型构建，但其标题“煤岩力学性质及煤储层压裂数值模拟”以及副标题“以山西晋城地区为例”已经清晰地指明了其研究的核心内容和地域特色。这让我对书中可能涉及到的实验数据、现场勘测分析以及模型验证的严谨性充满了期待。晋城地区作为重要的煤炭产区，其地质条件和煤层特性必然具有代表性，因此，以该地区为案例进行深入研究，无疑会为读者提供宝贵的一手资料和实践经验。我尤其关注书中在力学性质方面会涵盖哪些具体的参数，例如弹性模量、泊松比、抗拉强度、抗压强度以及不同应力状态下的变形特性等，这些都是理解煤岩行为的基础。而数值模拟部分，则是我更感兴趣的重点，它涉及到如何将这些力学性质转化为模型，并模拟压裂过程中的应力分布、裂缝扩展轨迹以及对储层渗透率的影响。我设想书中会详细介绍常用的数值模拟软件和算法，以及作者是如何根据晋城地区的实际情况进行模型参数的标定和优化的。总而言之，这本书从外在到内在，都散发着一种值得深入研读的学术气质，让我跃跃欲试，想要一探究竟。

评分☆☆☆☆☆

当我第一次拿起这本书时，就被它厚重的分量和扑面而来的专业气息所吸引。虽然我不是直接从事地质力学或非常规油气储层开发的专业人士，但作为一名对能源科学发展感兴趣的普通读者，我一直对煤层气等领域的科技进展保持着高度关注。这本书的书名《煤岩力学性质及煤储层压裂数值模拟：以山西晋城地区为例》精准地概括了其核心内容，这让我对接下来的阅读充满了好奇。我设想书中会对煤岩的细观结构、矿物组成、微裂隙发育等因素对其宏观力学性质的影响进行深入探讨。例如，黏土矿物含量、有机质含量、以及煤层本身的孔隙度、渗透率等，是如何影响煤岩的弹性模量、抗剪强度以及破坏特性的？这些细节的阐述，将有助于我更深入地理解煤岩的内在行为。在压裂模拟方面，我期待书中能够详细介绍目前主流的数值模拟方法，比如有限元法、边界元法、离散单元法等，并分析它们各自的优缺点以及在煤储层压裂模拟中的适用性。尤其是我对书中作者如何选择和应用适合晋城地区煤层特性的数值模型感兴趣，他们是否会考虑煤层本身的蠕变特性、应力敏感性以及裂缝的复杂演化过程？书中对模型参数的选取和标定过程，将是检验其科学性和实用性的关键。此外，书中是否会包含一些实际案例分析，展示数值模拟结果如何指导实际的压裂作业，并取得预期的效果？这些都让我对这本书的内容充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

这本书无疑填补了煤层力学和储层压裂模拟领域的一个重要空白，尤其是在将理论研究与特定区域的实际应用相结合方面。晋城地区煤层赋存条件复杂多样，其力学性质的研究和压裂模拟的准确性，对于提高煤层气（或其他煤层资源）的开发效率具有至关重要的意义。我期望书中能够详细阐述煤岩在不同应力、温度、孔隙压力等条件下力学性质的变化规律，这不仅是理论上的探索，更是实际工程应用中必须考虑的因素。例如，书中是否会讨论煤层在开采过程中可能出现的应力集中、巷道变形、顶板垮塌等力学问题，以及如何通过数值模拟来预测和规避这些风险？压裂模拟部分，我特别关注书中对压裂裂缝起裂、扩展和闭合机理的解释。是采用基于连续介质力学的方法，还是离散单元法等更精细化的模拟技术？不同的方法对于模拟结果的精度和适用范围必然有显著影响。此外，书中对数值模型中网格划分、边界条件设定、本构模型选择等关键步骤的讲解，也将直接影响模拟结果的可靠性。我非常期待能够看到书中作者是如何处理这些复杂问题的，特别是他们如何根据晋城地区的地质数据来构建一个精确的数值模型，并进行充分的验证。书中对模拟结果的解读，例如如何评估压裂效果，如何优化压裂参数以达到最佳的增产目标，也将是我重点关注的内容。相信这本书的出版，将为煤层资源开发领域的科研人员和工程师提供一个非常有价值的参考工具。

评分☆☆☆☆☆

这本书从书名上看，就已经锁定了一个非常具体且重要的研究方向：煤岩力学性质与煤储层压裂数值模拟，并且聚焦于山西晋城这一具有代表性的地区。这使得本书的内容具有很强的针对性和实用价值。我推测，书中在探讨煤岩力学性质时，会涉及到一个非常细致的分类和表征体系。例如，不同类型煤（如贫煤、无烟煤等）在力学性质上可能存在的差异，以及不同地质应力环境、孔隙压力、温度等因素对煤岩力学行为的影响。我会特别关注书中是否会提及煤岩在加载和卸载过程中的非线性行为，以及其破坏准则的研究，比如莫尔-库仑准则、Drucker-Prager准则等在煤岩力学中的应用。对于数值模拟部分，我猜想书中会详细介绍作者构建模型所使用的软件平台和算法。是采用商业软件，还是自主开发的数值模拟程序？无论是哪种，其理论基础和模型构建的严谨性都至关重要。我尤其期待看到书中对模型参数进行标定的具体方法，例如如何利用实验室的力学试验数据，或者现场的监测数据来校准模型中的弹性参数、泊松比、内摩擦角、黏聚力等。此外，关于裂缝扩展的模拟，书中是否会考虑煤层本身存在的天然裂缝，以及水力压裂过程中如何模拟人工裂缝的萌生、扩展和连通？这些都会直接影响到储层改造的效果。这本书的内容，无疑将为煤层气开发提供强有力的理论支持和技术指导。