三维离散元在煤层水平井井壁稳定中的应用

为了阐明煤层中端割理和面割理等不连续面对井壁稳定的影响,利用三维离散元来分析煤层水平井井壁稳定,实现了在三维空间中对不连续面的仿真。在充分、真实反映煤岩割理特性的基础上,对煤层水平井进行了井壁稳定数值模拟分析。提出了虚拟节理和内外双层建模技术,虚拟节理技术可实现节理在各个方向的随机分布和动态的断裂分析,内外双层技术可降低计算量和消除边界的影响。模拟了沁水盆地3号煤层面割理和端割理的实际分布情况,最大程度反映了煤层的真实微观特征。通过分析井眼的走向、井径、井底压力和割理密度对井壁稳定的影响发现,当面割理的走向与井眼的走向相互垂直时,井壁最稳定;当两者相互平行时,井壁最不稳定。割理密度越大,井壁的稳定性越差;井径越大,井壁越不稳定。当不考虑渗流时,井底压力越大,井壁越稳定。