内容简介
本书以沁水煤田15号煤储层为研究对象，研究了煤岩的力学性质，并通过水力压裂试验研究了水力裂缝在煤层气储层中起裂和扩展的控制因素，通过理论分析、实验室试验、数值模拟等研究并总结了煤岩水力裂缝起裂和扩展的规律，为深部煤层气资源的开发提供参考。
目录
第1章 绪论……………………………………………………………………… 1
1.1 背景及研究意义………………………………………………………… 1
1.2 国内外研究现状………………………………………………………… 3
1.3 主要研究内容………………………………………………………… 10
1.4 研究技术路线………………………………………………………… 12
第2章 沁水煤田煤岩力学特性试验研究……………………………………… 13
2.1 煤岩试件的采集与制备……………………………………………… 14
2.2 不同层理方向煤的单轴压缩试验…………………………………… 14
2.3 煤岩取芯方向巴西劈裂试验………………………………………… 25
2.4 煤岩抗剪切强度测试………………………………………………… 32
2.5 小结…………………………………………………………………… 38
第3章 深部煤层气储层水力裂缝试验研究…………………………………… 40
3.1 试件制备与试验方法………………………………………………… 42
3.2 试件的扫描与图像重构……………………………………………… 44
3.3 试验结果……………………………………………………………… 46
3.4 深部地应力对裂缝扩展的影响……………………………………… 57
3.5 小结…………………………………………………………………… 59
第4章 煤储层水力压裂裂缝起裂与扩展规律………………………………… 60
4.1 数值模型的建立与参数设置………………………………………… 60
4.2 模拟结果……………………………………………………………… 67
4.3 煤储层水力裂缝起裂与扩展规律…………………………………… 73
4.4 小结…………………………………………………………………… 86
第5章 含随机裂缝煤层气储层三维水力裂缝扩展模拟……………………… 88
5.1 数值模型建立及参数设定…………………………………………… 89
5.2 数值计算结果………………………………………………………… 91
5.3 多参量对裂缝扩展的影响…………………………………………… 100
5.4 小结…………………………………………………………………… 104
第6章 顶板水平井分段压裂数值模拟……………………………………… 105
6.1 水平井在深部煤层气储层改造技术中的优势……………………… 106
6.2 深部煤层气储层分段压裂数值模拟………………………………… 111
6.3 垂向二维压裂数值模拟……………………………………………… 114
6.4 水平方向二维压裂数值模拟………………………………………… 124
6.5 小结…………………………………………………………………… 131
第7章 结论与展望…………………………………………………………… 133
7.1 主要结论……………………………………………………………… 133
7.2 主要创新点…………………………………………………………… 135
7.3 不足与展望…………………………………………………………… 135
参考文献………………………………………………………………………… 137
前言/序言
沁水煤田是我国最重要的煤层气开发基地之一,近年来该煤田浅部煤层气资源日益减少,埋藏深度大于1000m 的深部煤层气资源的开发是下一阶段煤层气开发的重点,这表明我国煤层气工业将走向深部。深部煤层气的工业开发会遇到深部高应力和储层低渗透性问题,这严重制约了煤层气资源的高效开采。我国深部煤层气储层压裂工艺目前仍处于探索阶段,裂缝扩展路径的监测手段仍然不成熟,迫切需要对深部煤储层的水力裂缝扩展规律进行研究,为改进深部煤层气储层压裂技术寻求理论支撑。
本书以沁水煤田15号煤层的水力压裂为研究背景,以水力压裂裂缝的起裂和扩展规律为研究主线,综合运用理论分析、实验室试验、数值模拟等多种研究方法,系统研究典型的深部含裂隙的煤储层的裂缝扩展特征及影响因素,分析埋深、储层非均质性、压裂液黏度和压裂液流量等多种因素对裂缝扩展特征的影响,揭示深部煤储层裂缝起裂和扩展的规律,寻找深部煤层气高效开发的最优路径。
本书的创新点在于:采用CT图像三维重构技术和图像算法定量解算出沿着煤岩外生裂隙起裂的平均能量损耗小于沿着层理面起裂的平均能量损耗;采用试验和数值分析结合的方法解算出水平主应力差异系数k=1.04为煤层气储层裂缝转向的临界值;建立了含随机裂缝的三维煤层气储层数值模型,拟合出了水力裂缝缝宽和缝长与埋深、体积非均质度、流量等多参量间的关系式。
