沁水盆地南部煤储层水力压裂裂缝模拟研究

摘要

我国虽然是世界上煤层气含量最多的国家之一，但是由于大部分含煤地层经过复杂的地质演化过程，所以造成煤层渗透性差、煤体结构遭到破坏等不利于煤层气开采的因素，因此开展此类条件下煤层气的开发对提高煤层气的采收率，增加能源的供给有重要意义。
　　目前水力压裂法作为主要的方法被推广到煤层气的开采中，本文结合沁水盆地南部的煤层气井的储层特征，基于分形理论改进Palmer拟三维裂缝扩展模型，引入动态渗透率和动态应力强度因子，并结合计算机语言开发水力压裂模拟系统，同时利用油气压裂软件Fracpro PT对所研究区块的煤层气井进行模拟，将所得结果与实测进行误差对比，分析影响压裂效果的主要因素。
　　主要有如下的成果：
　　(1)通过对研究区所采煤样的压汞实验得知，该区煤样的孔隙度分布在4.46％左右，孔径分布呈现两极化，煤层气运移容易出现渗流瓶颈，不利于排采。
　　(2)煤储层是具有复杂孔隙结构的非均质多孔介质，基于孔隙结构的分形特征，结合Poiseuile方程建立了煤层的孔隙和渗透率关系的数学模型，并利用分形理论修正了煤岩的应力强度因子。
　　(3)基于Palmer拟三维压裂数学模型，完善了拟三维裂缝延伸模型，建立了并引入动态渗透率和修正后的应力强度因子的裂缝延伸模型，并给出求解方法。
　　(4)利用 C＃语言编制了煤层水力压裂裂缝延伸模拟系统，对研究区的三口煤层气井进行了验证，其缝长误差分别为9.04%、25.19%、17.55%，缝高的误差分别为7.85%、19.48%、10.25%，其结果显示具有一定的参考价值。
　　(5)以 PA-1井为例进行具体研究，与经典的压裂模型和油气压裂软件Fracpro PT的结果作对比验证所构建的模型的正确性和可靠性。PA-1井缝长缝高影响因素分析结果表明对缝长影响较大的包括滤失和排量等，而杨氏模量是对缝长的影响是先增大后减小；对缝高影响较大的因素则是应力差，顶底板与煤层之间的应力差对于控制缝高的延伸是十分重要。

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1 绪论

1.1研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目标及主要内容

1.4 研究方法和技术路线

2 沁水盆地南部煤层气地质特征

2.1地质概况

2.2煤储层岩石学特征

2.3煤层的储层物性特征

2.4煤层的含气性

2.5小结

3 煤层压裂的裂缝扩展特征的数值分析

3.1裂缝形态

3.2垂直缝拟三维延伸模型

3.3垂直缝拟三维扩展模型求解

3.4水平缝的扩展

3.5小结

4煤层压裂的软件开发

4.1开发运行环境

4.2系统结构及模块

4.4系统实现

4.5小结

5煤层压裂裂缝模型应用

5.1研究区煤层气实例计算

5.2以PA-1井为例

5.3影响压裂效果的因素分析

5.4研究区裂缝参数计算结果分析

5.5小结

6.结论

参考文献

作者简历

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