不同煤体结构煤储层水力压裂增透机理研究

煤储层原始渗透率的大小及水力压裂效果的好坏共同影响煤层气井的产能。煤中天然裂隙系统的存在增加了水力压裂裂缝形态的复杂性，以往的研究多集中对煤岩破裂整个过程的描述，不同变形程度煤体水力压裂工艺缺乏形之有效的理论支撑。.本项目以沁水盆地南部、焦作、安阳等煤层气富集区为研究对象，采用室内实验与现场试验相结合的方法，基于岩体力学理论建立强度因子理论模型，对研究区不同煤体结构煤储层原始渗透率进行预测；进行含气条件下的岩石力学实验，结合声发射监测技术研究煤岩在不同应变阶段裂缝的起裂、扩展、延伸规律，并与水力压裂现场试验对比研究不同煤体结构渗透率变化特征；建立水力压裂后渗透率预测模型，探讨不同煤体结构煤岩、地应力以及施工参数等对压裂裂缝发育的控制作用，建立不同煤体结构、应力-应变与渗透率关系数理模型，阐明不同煤体结构水力压裂增透机理，以期对我国不同煤体结构下水力压裂施工工艺参数优化提供理论指导。

水力压裂是煤储层增透的主要措施之一，煤中天然裂隙系统的存在增加了水力压裂裂缝形态的复杂性，以往的研究多集中对煤岩破裂整个过程的描述，不同变形程度煤体水力压裂工艺缺乏形之有效的理论支撑。查明不同煤体结构煤水力压裂增透机理并最大限度提高我国煤储层的导流能力，是煤层气井获得高产的重要保障。.本项目以沁水盆地东南部的潘庄、成庄和赵庄，焦作恩村、安阳等区块为研究对象，系统收集研究区煤层气勘探开发资料，采集有代表性煤样，根据GSI理论与方法，采用煤中裂隙宽度及充填情况代替传统GSI图表中的结构面风化状况，对煤体结构进行了定量表征；借助扫描电镜和测井响应方法，结合钻井取心资料，对研究区煤层段内的裂隙发育程度进行半定量表征，并得出了研究区煤体结构空间展布规律。在实验室进行了不同煤体结构煤应力-应变-渗透率试验，分别探讨了裂隙不发育、裂隙较发育、裂隙发育煤样的应力-应变过程渗透率的变化规律；系统分析了水力压裂裂缝延伸的影响因素，根据测井资料对煤层顶、底板岩性、厚度进行统计，结合岩体力学理论，构建了裂缝延伸长度、宽度的力学模型；根据研究区顶、底板岩性及力学测试，得出研究区不同情况下水力压裂时裂缝形态；根据不同煤体结构组合，结合顶、底板岩性特征，应用断裂力学理论，构建了不同煤体结构及顶、底板岩性组合下的水力压裂后渗透率预测模型；根据所建数学模型，对沁水盆地东南部、焦作区块和安阳区块水力压裂后渗透率进行预测，结果表明：沁水盆地东南部潘庄区块储层改造效果最好，成庄次之，赵庄再次之，焦作区块和安阳区块储层改造后效果较差。在此基础上，提出了不同情况下水力压裂最优泵注参数建议。针对煤体结构以Ⅰ、Ⅱ类煤为主，煤层埋藏不太深、煤储层裂隙较发育的煤层、构造不太复杂的煤层，采用“大排量、低-中砂比、变密度、多液量”的压裂工艺技术；煤层埋藏较深、构造较复杂的煤层采用“中排量、中砂比、变密度、中液量”的压裂工艺技术；煤层段煤体结构非均质性较强，不以Ⅲ、Ⅳ类煤为主的煤层，采用“中排量、中砂比、变密度、变排量、中液量”+“投球”的压裂工艺技术；煤体结构以Ⅲ、Ⅳ类煤为主，顶、底板可进行钻进时，建议采用多分支水平井分段压裂或水力喷射压裂工艺技术。此项目的研究对不同煤体结构组合及水力压裂泵注参数优化设计提供了理论依据。