Experimentelle Analyse der mechanischen Eigenschaften und des Versagenverhaltens von tiefen Kohlenlagerstätten-Methangesteinen

Ein umfassendes Verständnis der mechanischen Eigenschaften von tiefen Kohlenlagerstätten-Methangesteinen (DCMRR) ist entscheidend für die sichere und effiziente Entwicklung von tiefen Kohlenlagerstätten-Gasressourcen. In dieser Studie wurden die mikrostrukturellen und mechanischen Merkmale des Kohleflözes, der Decke und des Kohleflözes selbst durch Laborexperimente analysiert. Die Wirkungsmechanismen der Hydration von Bohrfluid und Fracfluid auf die mechanischen Eigenschaften und das Versagenverhalten von Kohleflözgesteinen wurden untersucht. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die Hauptmineralien in Kohleflözen Ton und amorphe Substanzen sind, wobei Kaolinit der vorherrschende Tonmineralbestandteil in Kohleflözgesteinen ist. Das Gestein der Kohleflözdecke und -schicht weist eine starke Elastizität und hohe Druckfestigkeit auf, während das Gestein im Kohleflözbereich eine geringere Druckfestigkeit mit ausgeprägten plastischen Deformationsmerkmalen zeigt. Der Gehalt an Kaolinit zeigt eine gute Korrelation mit den mechanischen Eigenschaften von DCMRR. Mit steigendem Kaolinitgehalt nimmt die Festigkeit von DCMRR allmählich ab, während die Verformbarkeit zunimmt. Nach dem Eintauchen in Bohrfluid und Slickwater nimmt die Festigkeit von Kohleflözgesteinen erheblich ab, was zu Scherbruchzonen und lokalisierten starken Schadensmerkmalen nach dem Versagen des Gesteins unter Druck führt. Die Analyse der mechanischen Eigenschaften von DCMRR legt nahe, dass die horizontale Bohrverlauf möglichst nah an der Kohleflözdecke verlaufen sollte, und dass starke Dichtungsmittel dem Bohrfluid hinzugefügt werden sollten, um das Risiko des Bohrlochversagens zu verringern. Die Verbesserung der Hydration von Slickwater ist vorteilhaft für die Bildung eines komplexeren Fracturnetzwerks in tiefen Kohlenlagerstätten von Methan.