韩城区块浅层煤层煤岩类型制约下的水力裂缝扩展规律研究摘要
不同宏观煤岩类型的煤层在岩石力学性质、微裂隙发育程度和储层可压性等方面存在显著差别,造成不同煤岩类型煤层中水力裂缝的扩展行为不同,最终形成的水力裂缝形态不同。由于不同压裂裂缝形态下的压裂设计、优化和评价方法也不同,所以弄清宏观煤岩类型对煤层水力裂缝扩展的影响十分重要,直接关系到煤层压裂效果。为此,以韩城区块浅层煤层为例,通过对煤层宏观煤岩类型的精细划分,开展了煤岩类型制约下的水力压裂物模实验和煤层可压性评价,基于流固耦合理论并分别结合Cohesive单元模型和MShale离散缝网模型,建立了暗淡型煤层三维压裂工型裂缝数值模型和光亮型煤层三维压裂裂缝网络的数值模型,探究了暗淡型煤层工型缝和光亮型煤层裂缝网络的扩展规律,并开展了暗淡型煤层和光亮型煤层压裂的评价和优化研究。研究结果表明:(1)韩城区块浅层暗淡型煤层压裂后形成以水平缝为主的工型缝,水平裂缝是暗淡型煤层压裂改造的主要贡献裂缝。层间最小水平主应力差主要影响工型裂缝中水平裂缝的长度,应力差越大,水平裂缝长度越大。煤层渗透率增加,水平裂缝呈现为由“短粗型”向“细长型”发展。存在某一临界排量,使得水平裂缝由“细长型”向“粗长型”过渡,能够实现更好的压裂效果。随着粘度增加,水平裂缝缝长呈现先增加后减小的趋势,在粘度为15m Pa.s时水平裂缝缝长达到最大。射孔位置对工型裂缝扩展影响十分显著。(2)光亮型煤层压裂后形成以主缝为主的小型裂缝网络。层间弹性模量差为10GPa时,裂缝网络的导流能力和SRV最大。层间泊松比差和射孔段长度对裂缝网络各参数的影响较小。排量增加,裂缝网络缝长、缝高和SRV近线性增加,导流能力降低。粘度过高过低都不利于裂缝网络压裂效果,优选合适的压裂液粘度十分重要。射孔位置选择在地层界面附近时,压裂裂缝网络效果较好。研究成果可为煤层气的高效压裂施工设计和优化提供理论指导。
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