煤层气井排采中煤储层稳定性分析方法与应用——以郑庄区块为例

作     者：章朋 孟雅 刘超英 闫相宾 蔡利学 程喆 ZHANG Peng;MENG Ya;LIU Chaoying;YAN Xiangbin;CAI Lixue;CHENG Zhe

作者机构：中国石化石油勘探开发研究北京100083 中国地质大学(北京)能源学院北京100083 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2022年第47卷第4期

页      面：1620-1628页

核心收录：

学科分类：081803[工学-地质工程] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0708[理学-地球物理学] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(42002181) 2020年度山西省科技计划揭榜招标资助项目(20201101002-03)。 

主　　题：煤储层 地应力 稳定性 煤层气井排采 郑庄区块 

摘      要：煤层气井排采过程中,煤储层原始地应力场发生调整,易导致储层失稳破坏,影响煤层气井抽采效率。基于单轴应变模型,考虑基质收缩效应,推导了排采过程中煤储层地应力动态模型,揭示了地应力动态变化规律。此外,建立了排采过程中煤储层稳定性分析模型,提出了煤储层峰值强度与最大主应力的差值(H)作为煤储层稳定评价基本参数,讨论了不同应力机制下地应力动态变化对煤储层稳定性的影响。研究表明:水平主应力在排水降压阶段呈线性降低,在产气阶段受基质收缩效应的影响呈非线性下降,解吸作用越强,下降速率越快。不同应力机制煤储层失稳破坏规律不同。正断层应力机制,排水降压和产气阶段,莫尔圆半径增大,圆心右移,接近破坏包络线,煤储层可能失稳破坏,解吸作用越强,莫尔圆半径增大速率越快,越容易破坏;走滑断层应力机制,排水降压和初始产气阶段,莫尔圆半径不变,向右平移,远离破坏包络线,煤储层稳定性增强,不发生破坏,而稳定产气及衰减阶段,莫尔圆向左平移,靠近破坏包络线,煤储层稳定性减弱,可能失稳破坏;逆断层应力机制,整个排采过程莫尔圆半径不断减小,远离破坏包络线,煤储层稳定性增强,不发生破坏。结合郑庄区块地应力测试井数据,对煤储层稳定性进行了动态评价。郑庄区块实测数据分析表明:排采前,郑庄区块煤储层H多在32~40 MPa,储层稳定性中等,由中部向西北和南部储层稳定性增强,而向西部储层稳定性减弱。排水降压阶段,区块各井H呈线性升高,储层稳定性好或中等;产气阶段各井H加速下降,储层稳定性减弱。当孔隙压力降为0.2 MPa时,区块煤储层稳定性由中部向西部逐渐减弱。郑庄区块排采曲线显示部分煤层气井产气峰值不稳定,持续时间较短,井底压力降到一定值时,日产气快速下降,产出大量煤粉,推测在较低井底压力条件下,煤储层可能发生了剪切破坏。煤层气井合理排采工作制度制定时应重点关注储层的稳定性。