【摘要】：在煤層氣井排采過程中,為了揭示剪切破壞產(chǎn)生煤粉的機理,基于彈性力學理論構(gòu)建了誘導應力場的計算模型�；诩羟衅茐臏蕜t,提出了煤巖失穩(wěn)的判斷方法。研究結(jié)果表明:地層壓力越小,孔彈效應產(chǎn)生的誘導應力越大;地層壓力低于臨界解吸壓力后,煤巖發(fā)生收縮形變,產(chǎn)生誘導應力。地層壓力下降形成的誘導應力等于煤基質(zhì)收縮的誘導應力與孔彈效應的誘導應力之和,隨著地層壓力降低,煤層剪切失穩(wěn)的可能性上升,是形成煤粉的重要因素。
【圖文】：

hmax為16MPa、垂向主應力σv為17．55MPa、原始儲層壓力p0為5．0MPa�？讖椣禂�(shù)α=1，其它實測物性參數(shù)如表1所示。表1沁水盆地南部某區(qū)塊3號層力學性質(zhì)表抗壓強度/MPa抗拉強度/MPa彈性模量/GPa泊松比內(nèi)摩擦角內(nèi)聚力/MPa11．100．482．450．303232．室內(nèi)試驗與分析對于三軸應力狀態(tài)下的解吸和煤巖滲透率測試，唐巨鵬(2005)、吳世躍(2006)和AbhijitMitra(2011)等人都進行過相當詳細的介紹［12－14］。測試步驟簡介如下:(1)將煤樣加工成5cm×5cm×10cm(長×寬×高)的標準煤樣。圖1滲透率測試與擬合結(jié)果(2)將加工好的煤樣放入三軸煤層氣解吸滲透儀中，先對煤樣施加軸壓至設定值，接著施加圍壓和·68·鉆采工藝DＲILLING＆PＲODUCTIONTECHNOLOGY2017年11月Nov．2017

業(yè)鈉釫饃鈆嘎?圖1)。以上步驟為一個試驗循環(huán)，在試驗過程中不取出煤樣，只是改變不同三軸應力組合，試驗順序設計為先孔隙壓力增加、后軸壓增加、再軸壓減孝最后減小孔隙壓力模擬煤體加卸載應力條件。根據(jù)式(13)和式(19)，采用最優(yōu)化算法，擬合實測的不同孔隙壓力下的滲透率，得到Cf=0．22MPa－1、εsmax=0．01075、pε=4．16MPa。將通過擬合確定的εsmax、pε代入式(1)、式(4)和式(7)，可以計算得到孔彈效應的誘導應力Δσb、基質(zhì)收縮的誘導應力ΔσL以及地應力變化ΔσP。如圖2所示，基質(zhì)收縮的誘導應力大于孔彈效應的誘導應力。圖2孔彈效應和解吸形成的誘導應力對比根據(jù)式(22)計算地應力，代入式(26)可以計算得到J2，通過式(28)計算J2s。如圖3所示，雖然J2s有減小趨勢，煤巖剪切破壞的可能性增加。但是，J2s一直大于J2，地層壓力下降造成的誘導應力還不足以造成煤巖剪切破壞。在實驗結(jié)束后，并未發(fā)現(xiàn)煤巖樣的剪切破壞，計算結(jié)果和觀察到的現(xiàn)象是一致的。圖3煤巖剪切失穩(wěn)與地層壓力的關系五、結(jié)論(1)地層壓力下降形成的兩種誘導應力。當?shù)貙訅毫ο陆岛艽髸r，伴隨甲烷解吸，基質(zhì)收縮的誘導應力大于孔彈效應的誘導應力。因此，煤層在生產(chǎn)過程中的地應力變化值遠大于常規(guī)氣藏。(2)根據(jù)構(gòu)建的地應力計算模型，在煤層氣壓裂井的排采過程中，應力場的變化大，剪切失穩(wěn)的可能性增加。(3)對于研究工區(qū)而言，地層壓力下降造成的誘導應力還不足以造成煤巖剪切破壞。由于井筒和壓裂縫會造成應力集中，總誘導應力更大，在生產(chǎn)中觀察到的煤粉應該是在近井地帶形成的，在遠離井筒的滲流區(qū)域不會有剪切破壞形成的煤粉。參考文獻［1］陳振宏，王一兵，孫平．煤粉產(chǎn)出對高?
【作者單位】： 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室(成都理工大學);成都理工大學環(huán)境與土木工程學院;中聯(lián)煤層氣有限責任公司;
【基金】：十三五國家重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”(編號:2016ZX05066003-003)資助
【分類號】：TD712

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本文編號：2522838