有效应力恢复条件下水力压裂后煤层气分区渗流特征

作     者：张村 刘晨熙 王永乐 徐伍艳 赵毅鑫 宋子玉 ZHANG Cun;LIU Chenxi;WANG Yongle;XU Wuyan;ZHAO Yixin;SONG Ziyu

作者机构：中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室 安徽理工大学煤炭安全精准开采国家地方联合工程研究中心 

出 版 物：《天然气工业》 (Natural Gas Industry)

年 卷 期：2024年第44卷第3期

页      面：152-163页

核心收录：

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 081803[工学-地质工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 082002[工学-油气田开发工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目“深部复杂应力条件下煤储层多尺度岩石力学性质及其控制因素研究”(编号:U1910206) “采空区残留煤柱阻流机理与受载水浸灾变机制”(编号:52104155) 北京市自然科学基金项目“京津冀资源枯竭型矿井采空区储水机理与净水能力”(编号:8212032) 中国博士后基金项目“中国博士后科学基金第73批面上资助”(编号:2023M733778) 

主　　题：煤层气 水力压裂 渗透率 损伤分区 有效应力 裂缝压缩性 产能影响因素 沁水盆地 

摘      要：目前煤层气单井主要通过水力压裂技术来提高产量,但水力压裂技术会导致煤层裂缝出现分区现象,在有效应力作用下不同裂缝分区的渗流特征将直接影响煤层气抽采效果。为了更好地研究有效应力对不同裂缝分区渗流特征的影响,以沁水盆地煤样为例,设计了完整煤样、微裂缝煤样和贯穿裂缝煤样的串、并联多腔体试验方法,分析了水力压裂后煤层气的横向沿区渗流和纵向跨区渗流,构建了有效应力影响下的不同损伤煤岩体串、并联渗透率模型,分析了有效应力恢复过程中水力压裂不同致裂分区的渗流特征,并预测了不同致裂深度和扰动范围下的煤层总体渗透性。研究结果表明:(1)随着有效应力的恢复,串、并联试验的总流量均呈现负指数形式的衰退;(2)在并联试验中,穿过完整煤样的流量占比极少,随着有效应力的恢复,穿过微裂缝煤样的流量占比逐渐增加,而贯穿裂缝煤样的流量逐渐减小,并逐渐趋于相等;(3)纵向渗流总渗透率小于横向渗流,纵向渗流总渗透性的变化受完整煤样的渗透性影响较大,而横向渗流总渗透性取决于贯穿裂缝煤样渗透性;(4)基于横纵向渗透率的大小,可以将煤层气产期曲线划分为单峰型与双峰型。结论认为,提高水力裂缝深度与射孔孔眼周围裂缝宽度有利于提高煤层气的抽采量,该认识可以为煤层气水力压裂参数设计提供参考,有助于推动煤层气的效益开发。