在煤層氣開發(fā)過程中,地質(zhì)條件不僅是煤層氣開采的先決條件和地質(zhì)保障,也直接影響了水力壓裂施工,從而影響煤層氣井的產(chǎn)能。以沁水盆地柿莊南區(qū)塊施工參數(shù)相近的34口煤層氣井為例,從地應(yīng)力條件、煤體結(jié)構(gòu)和煤層頂?shù)装鍘r性組合3個(gè)方面具體分析了地質(zhì)因素對(duì)煤層氣井水力壓裂效果的影響,進(jìn)而對(duì)研究區(qū)壓裂效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明:三向地應(yīng)力的大小關(guān)系控制裂縫的延伸方向和縫長(zhǎng),煤體結(jié)構(gòu)類型決定能否形成有效裂縫,煤層頂?shù)装迳皫r、泥巖厚度及比例影響裂縫能否穿透隔水層。應(yīng)力比越小、水平主應(yīng)力差系數(shù)越大、煤層中原生結(jié)構(gòu)煤比例越高、煤層頂?shù)装宓哪鄮r隔水層厚度及比例越大,水力壓裂效果越好,煤層氣井的平均日產(chǎn)氣量也越高。綜合上述3方面地質(zhì)因素,研究區(qū)中部地區(qū)具有易發(fā)育垂直裂縫的地應(yīng)力特征,且煤層的原生結(jié)構(gòu)煤比例和頂?shù)装迥鄮r比例高,最有利于水力壓裂裂縫的形成與延伸,該區(qū)域?yàn)樗毫训膬?yōu)選區(qū)域。其次為南部及西南部地區(qū),地應(yīng)力和頂?shù)装鍡l件較好,但煤體結(jié)構(gòu)破壞程度相對(duì)較大。研究區(qū)北部、東北部及東南部區(qū)域由于煤體結(jié)構(gòu)破壞程度大、頂?shù)装宸忾]性差等因素,在進(jìn)行水力壓裂時(shí)應(yīng)盡量規(guī)避。建議在對(duì)煤層氣井進(jìn)行水力壓裂時(shí)應(yīng)根據(jù)煤層氣井的地質(zhì)條件進(jìn)行... 

【文章來源】：煤炭學(xué)報(bào). 2020,45(07)北大核心

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【部分圖文】：

三向地應(yīng)力與縫長(zhǎng)、日均產(chǎn)氣量相關(guān)關(guān)系

綜合考慮了自然伽馬、深側(cè)向電阻率、密度3種測(cè)井曲線的變化情況對(duì)34口煤層氣井進(jìn)行煤體結(jié)構(gòu)劃分，根據(jù)不同破壞程度的煤體在測(cè)井曲線中表現(xiàn)出不同的特征，可以劃分出煤層總厚度和原生結(jié)構(gòu)煤厚度，以煤層中原生結(jié)構(gòu)煤的厚度與煤層總厚度的比值為原生結(jié)構(gòu)煤比例。研究發(fā)現(xiàn)原生結(jié)構(gòu)煤比例越大，在壓裂時(shí)所形成的裂縫越長(zhǎng)，且對(duì)應(yīng)的煤層氣井平均日產(chǎn)氣量也越高。從圖4可以看出，壓裂裂縫縫長(zhǎng)和日均產(chǎn)氣量與原生結(jié)構(gòu)煤比例呈正相關(guān)關(guān)系。這是因?yàn)樵Y(jié)構(gòu)煤未遭受構(gòu)造破壞，保留原生沉積結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征，原生層理清晰、完整，僅發(fā)育少量?jī)?nèi)生裂隙和外生裂隙，在進(jìn)行壓裂施工時(shí)有利于裂縫的形成，成縫后加入支撐劑有利于形成長(zhǎng)的、高導(dǎo)流能力的人工裂縫。構(gòu)造煤均受到不同程度的應(yīng)力破壞，割理裂隙發(fā)育但不連通，硬度、強(qiáng)度較低[18]，故裂縫展布時(shí)容易受到天然裂縫的控制而發(fā)生延伸方向轉(zhuǎn)變而形成網(wǎng)格狀，易形成多裂縫而難形成主裂縫，支撐劑不能有效發(fā)揮作用，容易形成砂堵[19]。所以，原生結(jié)構(gòu)煤比例大的煤層壓裂所形成的裂縫較長(zhǎng)，煤層氣井平均日產(chǎn)氣量也越高，這樣的煤層才是進(jìn)行有效壓裂的目的煤層。2.3 煤層頂?shù)装鍘r性組合

柿莊南區(qū)塊3號(hào)煤層頂板主要由泥巖和砂巖疊置組成，底板泥巖比例大，砂巖分布相對(duì)較少[21]。根據(jù)測(cè)井資料，對(duì)研究區(qū)中部及南部高產(chǎn)井分布區(qū)10口煤層氣壓裂井進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究發(fā)現(xiàn)煤層頂、底板泥巖比例越小，煤層氣井的日均產(chǎn)水量越高(圖5)。頂板泥巖比例對(duì)煤層氣井日均產(chǎn)水量的影響大于底板，底板泥巖比例在0.6以上，最高接近1.0，頂板泥巖比例范圍較大，分布在0.1～0.9。對(duì)于頂板泥巖比例在0.5以下的煤層氣井，日均產(chǎn)水量在2.5 m3以上，可以判斷在壓裂時(shí)裂縫穿透了隔水層致使含水層與煤層間產(chǎn)生水力溝通，導(dǎo)致持續(xù)的高產(chǎn)水。因此，對(duì)于煤層頂板泥巖比例<0.5的煤層氣井，壓裂裂縫有很大穿透隔水層的風(fēng)險(xiǎn)，故要根據(jù)每口井的實(shí)際情況進(jìn)行壓裂方案設(shè)計(jì)，保證壓裂裂縫在煤層和隔水層內(nèi)，在此基礎(chǔ)上對(duì)煤層氣井進(jìn)行提產(chǎn)方案優(yōu)化。3 研究區(qū)水力壓裂效果評(píng)價(jià)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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