【摘要】：水平井頂板穿層壓裂技術(shù)是我國(guó)薄層煤層氣開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù),該技術(shù)降低了軟煤層內(nèi)水平井鉆進(jìn)的難度,能夠達(dá)到良好的滲透改造效果,形成復(fù)雜的裂縫網(wǎng)。在探索煤層氣高效、安全、綠色開發(fā)的理論與實(shí)踐過(guò)程中,水平井頂板壓裂技術(shù)面臨著三大問(wèn)題:首先,巖層中的微孔隙和微裂隙造成的壓裂液在巖層中滲透、濾失對(duì)起裂壓力和裂縫延伸的影響;其次,原生裂縫本身的幾何特性對(duì)水平井起裂壓力的影響;最后,如何控制水力裂縫能夠穿透頂板到達(dá)目標(biāo)層位,但不穿透底板觸及太原組巖溶含水層。這些問(wèn)題已經(jīng)成為煤層氣開發(fā)過(guò)程中亟待解決的問(wèn)題。因此,開展水平井頂板穿層壓裂的理論與技術(shù)研究工作,對(duì)于實(shí)現(xiàn)煤層氣的高效開采,降低底板突水事故的發(fā)生率有著十分重要的意義。本文以彈性力學(xué)、斷裂力學(xué)、水力學(xué)、巖石力學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)的基本理論為指導(dǎo),在理論上對(duì)水平井穿層壓裂的各種影響因素進(jìn)行分析,同時(shí)對(duì)裂縫穿層的控制機(jī)理進(jìn)行了探討,建立了基于裂縫發(fā)育特征的起裂壓力計(jì)算模型和連續(xù)穿層裂縫延伸模型。在起裂壓力方面,針對(duì)定面射孔布井方式,其射孔集中力會(huì)誘導(dǎo)產(chǎn)生附加應(yīng)力來(lái)改變井筒周圍應(yīng)力狀態(tài);在研究了原生裂縫自身幾何特性的基礎(chǔ)上,認(rèn)為其應(yīng)作為一個(gè)獨(dú)立的物理指標(biāo)參與起裂壓力的計(jì)算,并建立了裂縫特性指標(biāo)T的理論表達(dá)式,從而推導(dǎo)出了考慮裂縫特性指標(biāo)的起裂壓力理論計(jì)算公式,得到了現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。在水力裂縫穿層延伸方面,分析了水力裂縫在分層界面處的三種壓降方式,即:射孔孔口的壓降規(guī)律、單個(gè)地層內(nèi)的壓降規(guī)律、多個(gè)地層層間界面的壓降規(guī)律。同時(shí)查明了影響穿層水力裂縫延伸的主要因素:包括泊松比、彈性模量、地層埋深、裂縫模型寬度、濾失系數(shù)等。通過(guò)對(duì)這些參數(shù)的合理配置,可以控制穿層裂縫的延伸距離,從而防止底板水的涌出或突出。綜合以上因素,改進(jìn)了經(jīng)典的PKN裂縫模型和壓裂液濾失理論,推導(dǎo)了水力裂縫延伸距離與壓裂施工時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。研究結(jié)果表明,穿層壓裂的裂縫延伸數(shù)學(xué)模型是以分段函數(shù)來(lái)表現(xiàn)的,這一理論模型也得到了現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TD745
【圖文】：

圖 1.1 水平井開發(fā)技術(shù)示意圖氣的儲(chǔ)層經(jīng)歷過(guò)歷史上的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，往往隨機(jī)生的微裂隙空間是流體滲流的通道，也是決定水平井壓裂過(guò)程中，一方面水力裂縫可以連通雜的裂縫網(wǎng)，這些裂縫網(wǎng)絡(luò)分布范圍決定了煤

三維裂縫面示意圖

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本文編號(hào)：2715144