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创新点
（1）通过对沁水盆地西南部3号煤储层42个水力压裂地应力测试分析，建立了研究区煤储层最小水平主应力、最大水平主应力和垂直主应力以及煤储层应力与埋藏深度之间的关系模型，揭示了研究区煤储层应力和压力随埋藏深度的变化规律。
（2）煤储层最大水平主应力和最小水平主应力、煤储层压力和煤的抗拉强度控制煤储层破裂压力的大小。 根据研究区 378口煤层气井水力压裂资料，计算了研究区煤储层地应力分布。 在此基础上，建立了研究区煤储层破裂压力与最小水平主应力和抗拉强度之间相关关系和模型，揭示了研究区煤储层可压裂性特征。
（3）采用研究区378口水力压裂井资料，基于格里菲斯（Griffith）强度理论计算了研究区煤储层单轴抗拉强度，根据单轴抗拉强度值将煤储层可压裂性划分为4种类型，建立了基于Griffith强度理论的煤储层水力压裂有利区评价方法，对研究区煤储层水力压裂有利区进行了评价，为本区煤层气开发水力压裂改造提供了理论依据。
作 者
孟召平,雷钧焕,王宇恒
作者单位
中国矿业大学(北京) 地球科学与测绘工程学院
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研究背景
煤储层属于低孔低渗非常规储层,由于煤储层的 渗透率都很低,仅靠井眼圆柱侧面作为排气面是远远 不够的,所以必须采取人工强化增产措施。利用以钻 井水力压裂为关键技术的一整套工艺过程对煤储层进行改造,是当今世界开发煤层气所用的主要技术。从压裂机理上来说煤层气井与常规油气井的压裂并无本质区别。
尽管水力压裂是于1947年开始试验并于1949年开始成功应用的一种成熟技术,但是已往的应用多是在砂岩等一些脆性岩石中,近些年该技术大面积应用于塑性较强的煤储层压裂改造中,取得了好的应用效果。煤储层水力压裂中裂缝的扩展其实质主要是脆性张破坏,采用格里菲斯(Griffith)强度理论能够较好地描述其破坏机制。格里菲斯(Griffith)于1920年研究认为破坏是从微小裂纹处开始发生的,并提出了一套现今称为格里菲斯强度理论的学说。
但从目前的研究状况看,由于煤层气井地应力和水力压裂监测资料相对较少,针对煤储层条件开展煤储层水力压裂有利区评价研究还相对薄弱,因此有必要对煤储层水力压裂条件及其可改造性进行深入研究,为煤层气开发提供理论依据。
笔者通过对沁水盆地西南部3号煤储层42个水力压裂试验数据统计,系统分析了研究区煤储层地应力分布规律,采用378口水力压裂井资料,基于格里菲斯(Griffith)强度理论计算了研究区煤储层单轴抗拉强度,建立了煤储层破裂压力与最小水平主应力和抗拉强度之间关系和模型,揭示了研究区煤储层可压裂性特征,对煤储层水力压裂有利区进行了评价,为煤层气开发工程设计和压裂改造提供了理论依据。
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摘 要
水力压裂有利区评价是煤储层压裂改造施工设计的基础。 通过对沁水盆地西南部3号煤储层42个水力压裂地应力测试数据统计,系统分析了研究区煤储层地应力分布规律。
采用378 口水力压裂井资料,基于格里菲斯(Griffith)强度理论计算了研究区煤储层单轴抗拉强度,建立了煤储层破裂压力与最小水平主应力和抗拉强度之间关系和模型,揭示了研究区煤储层可压裂性特征,建立了基于Griffith强度理论的煤储层水力压裂有利区评价方法,对煤储层水力压裂有利区进行了评价。
研究结果表明,研究区块3号煤层最大水平主应力14.67~45.05MPa,平均为29.31MPa,最大水平主应力梯度为2.00 ~4.84MPa/100m,平均为3.27MPa/100m;最小水平主应力10.51~29.09MPa,平均为18.61MPa;最小水平主应力梯度为1.44~2.85MPa/100m,平均为2.09MPa/100m,煤储层应力和压力均随深度的增加呈线性增大的规律。
基于格里菲斯(Griffith)强度理论计算的研究区3 号煤储层单轴抗拉强度为0.15~1.10MPa,在平面上存在一定的差异性。根据单轴抗拉强度值将煤储层可压裂性划分为4类,对于较高抗拉强度区和高抗拉强度区( Ⅲ和Ⅳ),煤储层抗拉强度值大,煤层气井水力压裂改造中起裂压力高,难以进行压裂改造。对于低抗拉强度区和较低抗拉强度区(Ⅰ和Ⅱ),煤储层抗拉强度值小,煤层气井水力压裂改造中起裂压力小,易于进行压裂改造,评价结果与实际水力压裂情况相吻合。
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文中图片
研究区3号煤层构造
研究区3号煤储层应力、压力与埋深的关系
椭圆裂缝端部开始破裂扩展方向
平面应力状态下煤储层抗拉强度分布
破裂压力与最小水平主应力之间关系
破裂压力与煤的抗拉强度之间关系
孟召平,雷钧焕,王宇恒. 基于Griffith 强度理论的煤储层水力压裂有利区评价[J]. 煤炭学报,2020,45(1):268-275.
MENG Zhaoping,LEI Junhuan,WANG Yuheng. Evaluation of favorable areas for hydraulic fracturing of coal reservoir based on Griffith strength theory[J]. Journal of China Coal Society,2020,45(1):268-275.
审 核：常琛
End
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