煤层气藏水力压裂网状裂缝形成机理及扩展研究

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水力压裂是提高煤层气井产量和增加煤层气采收率的有效手段。水力压裂过程中煤岩储层压裂裂缝扩展规律、尤其是网状裂缝的形成机理较为复杂，制约了煤层气水力压裂技术的高效实施。因此，充分认识煤层气藏水力压裂裂缝延伸规律，揭示网状裂缝的形成机理，对加快我国煤层气的开发具有重要意义。本文采用室内试验、理论分析与数值模拟等方法，研究了煤层水力压裂复杂裂缝的扩展规律、网状裂缝的形成机理及压裂后煤层气井产能预测等问题，得到的主要结论如下：（1）以某煤层为研究对象，通过对不同层理角度煤岩开展巴西劈裂、单轴及三轴压缩、三点弯曲和渗透特性试验，获得了煤岩力学参数。研究了煤岩巴西劈裂、三点弯曲、单轴及三轴压缩破坏模式与破裂机制的各向异性特征，初步探讨了层理在煤岩复杂破裂模式形成中的作用。（2）通过大尺寸原煤水力压裂物理模拟试验，分析了煤岩储层水力裂缝的起裂和扩展规律，初步揭示了网状裂缝的形成机理，得到煤岩储层水力裂缝起裂与延伸的四种基本模式。水力压裂裂缝垂直层理扩展时，会在层理处发生发叉和转向，产生与主裂缝相交的次生裂缝，且主裂缝在继续扩展过程中沟通层理或天然裂缝形成裂缝网络；地应力和压裂液排量是裂缝形态的主要控制因素。（3）建立了考虑煤岩各向异性影响的水力压裂模型，分析了水力压裂微裂缝的扩展过程，进一步揭示了网状裂缝的形成机理，给出了影响裂缝网络形成的主控因素。结果表明：射孔完井条件下煤层气藏更易形成网状裂缝，裂缝的起裂和延伸主要为张拉裂缝的失稳扩展；层理断裂韧性是控制微裂缝在层理处发生分叉和转向的关键；地应力主要影响微裂缝的延伸距离；压裂液排量对微裂缝形态和延伸距离均有较大影响。（4）利用数值模拟软件分别对某区块进行常规水力压裂和体积压裂模拟计算，得到不同压裂条件下的裂缝三维几何形态，计算表明体积压裂在该区块具有很好的可行性。体积压裂可形成较为复杂的网状裂缝，显著增加改造区域的导流能力。分析了体积压裂后裂缝几何尺寸、裂缝数量和裂缝体积等参数随施工时间的变化规律。（5）基于两相渗流 Buckley-Leverett 方程，建立了网状裂缝中水-气两相渗流数学模型，探讨了影响压裂后煤层气井产能的主控因素。计算结果表明：煤层渗透率、基质半径和煤层厚度是基质供气能力的控制参数；为了提高压裂井 JZ-B 施工作业的效率，建议主裂缝导流能力不超过200mD.m，裂缝间距为20~30m；缝网参数对压裂井产量影响较为显著，通过“体积改造”可以大幅度提高煤层气井产量。

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作者
姜婷婷;
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作者单位

中国石油大学(华东);

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授予单位中国石油大学(华东);
学科工程力学
授予学位博士
导师姓名杨秀娟;
年度 2015
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类
关键词
煤层气藏; 水力压裂; 网状;

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