河南“三軟”煤層水力壓裂理論研究及應(yīng)用.pdf

1、在化石能源枯竭和環(huán)境污染問題的困擾下，世界各國紛紛致力于研究開發(fā)清潔新能源。煤層氣是一種儲(chǔ)存在煤層中的高熱值、無污染的新能源氣體，隨著對(duì)地質(zhì)規(guī)律認(rèn)識(shí)的提高和勘探及開采技術(shù)的不斷創(chuàng)新，煤層氣開發(fā)利用成為緩解能源危機(jī)的關(guān)鍵。我國煤層氣資源豐富，居世界第三位，有著廣闊的開發(fā)前景。關(guān)于我國“三軟”礦區(qū)煤層氣田的抽采仍有許多問題亟待解決，其中開發(fā)適合“三軟”煤層的儲(chǔ)層改造技術(shù)是提高煤層氣抽采效率的關(guān)鍵。
　　為優(yōu)化水力壓裂施工參數(shù)，提高壓裂

2、效果，亟需建立合適的裂縫擴(kuò)展模型以準(zhǔn)確地描述一定荷載條件下裂縫的起裂與擴(kuò)展規(guī)律。本文針對(duì)河南省“三軟”礦區(qū)煤巖儲(chǔ)層的地質(zhì)條件，對(duì)改造儲(chǔ)層的水力壓裂技術(shù)的壓力控制、擴(kuò)展模型、滲透率、壓裂時(shí)間以及產(chǎn)能預(yù)測做了初步研究。主要工作體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
　　首先，本文運(yùn)用應(yīng)力場理論描述了地層應(yīng)力分布，從彈性力學(xué)角度分析了鉆孔對(duì)井壁附近應(yīng)力場的影響，考慮了壓裂液的沿程水頭損失和射孔水頭損失，分別分析了垂直井和水平井的裂縫起裂條件，建立了裂縫起

3、裂壓力與地面壓力的關(guān)系，據(jù)此對(duì)井下與地面抽采的試驗(yàn)效果進(jìn)行了系統(tǒng)分析。
　　其次，在分析傳統(tǒng)水力壓裂模型優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合河南焦作煤層氣田的壓裂試驗(yàn)，基于PKN模型的裂縫寬度假設(shè)與裂縫流動(dòng)的摩阻壓降規(guī)律，構(gòu)建了“三軟”煤層水力壓裂的裂縫擴(kuò)展模型與滲透率計(jì)算模型，并運(yùn)用地震實(shí)測法和反演計(jì)算法分別進(jìn)行了多重驗(yàn)證。
　　另外，運(yùn)用能量方法分析了水力壓裂過程中，煤巖體裂縫的起裂與擴(kuò)展過程中所伴隨的能量集聚與耗散。壓裂泵做功與壓裂液

4、勢(shì)能除卻壓裂液的沿程和射孔能量損失，主要轉(zhuǎn)變?yōu)閹r體的形變能以驅(qū)使巖體裂縫擴(kuò)展，據(jù)此建立了水力裂縫延伸長度和壓裂時(shí)間的關(guān)系，為壓裂時(shí)間設(shè)計(jì)開辟了一條新的思路。
　　最后，用郎格繆爾方程對(duì)煤層氣的吸附解吸特征進(jìn)行了分析，結(jié)合勘探資料對(duì)焦作位村礦區(qū)的煤層氣資源總量和可采資源量進(jìn)行了預(yù)測。在分析GW-002井后期排采數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用FracproPT對(duì)該煤層氣井儲(chǔ)層參數(shù)進(jìn)行歷史擬合，以獲得更加準(zhǔn)確的含氣性和物性參數(shù)，并應(yīng)用于后期產(chǎn)能預(yù)測