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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
深部煤岩储层地质力学影响机制及控制因素——以鄂尔多斯盆地大吉区块为例
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  • 作者

    闫霞 熊先钺 徐凤银 喻岳钰

  • 单位

    中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司中石油煤层气有限责任公司中国地质大学(武汉)构造与油气资源教育部重点实验室

  • 摘要
    深部煤层岩石力学特性及微构造、顶/底板岩性组合、煤层厚度、夹矸厚度对其应力影响机制不清,制约了差异化气藏工程设计、大规模压裂改造设计参数优化和单井产量的大幅提升。采用三轴抗压实验、巴西劈裂实验、三轴抗剪实验及阵列声波测井曲线,确定了静态岩石力学参数单井分布特征,通过差应变实验方法明确了研究区煤层、顶底板现今地应力大小,基于力学实验结果,构建了三维地质力学模型并开展了不同条件下的应力模拟,获得了不同微构造形态、岩性组合、煤岩厚度、夹矸厚度条件下对深部煤储层的应力影响规律。结果表明:①基于岩石力学实验,研究区深部煤岩样品的煤岩杨氏模量平均7.19GPa,泊松比平均0.32,抗张强度平均2.68MPa,垂向应力平均51.78MPa,最大水平主应力平均43.66MPa,最小水平主应力平均37.57MPa。②数值模拟表明煤岩微构造、煤层厚度、顶底板岩性组合对煤岩地应力均有较大影响,在相同顶底板条件下,煤层从正向微构造向负向微构造转变的过程,煤层最小水平主应力逐渐增大,负向构造部位地应力大于正向和平缓微构造部位,随煤层与围岩的力学性质差异增大,煤层地应力呈减小趋势,减小幅度负向构造>正向构造>平缓区;③鄂尔多斯盆地深层8号煤的6种顶/底板岩性组合中,顶板灰岩-底板砂岩组合下的煤岩最小水平主应力最小,顶板泥岩-底板泥岩组合下的煤岩最小水平主应力最大,顶底板与煤层力学性质相差越大,煤岩应力值越小;④其他条件相同时,随煤层厚度增大,煤岩水平主应力、水平主应力差总体呈增加趋势,厚度变化对小于4m薄煤层的应力影响更为敏感,当煤层厚度大于4~6m后,水平主应力、水平主应力差增幅趋缓,故建议水平井开发的深部煤层厚度下限为4m;煤层厚度从2m增大至10m,最小、最大水平主应力增幅分别为12.9%,23.3%,水平主应力差增幅达98.3%;⑤随着夹矸厚度增加从0.5m增至7m,夹矸所受水平主应力及应力差下降幅度明显,降幅34.1%,当夹矸厚度大于3m时,夹矸水平主应力、水平主应力差降幅趋缓。为深部煤层气开发方案优化设计、工程差异化设计及单井产量差异原因分析等方面,提供了重要实验和理论指导依据。
  • 关键词

    深部煤层气煤岩气岩石力学地质力学岩性组合微构造夹矸地应力鄂尔多斯盆地

  • 文章目录


    1 区域地质概况
    2 岩石力学参数实验及单井分布特征
    2.1深部煤岩三轴抗压实验
    2.2 深部煤岩、顶/底板岩石三轴抗剪实验
    2.3 动态岩石力学参数与岩石力学参数动静转换
    2.4 岩石力学实验数据的分析
    3 差应变实验地层有效主应力分析
    4 微构造、顶/底板、泥岩夹矸对深部煤岩应力影响机制
    4.1 地质力学模型及边界条件设置
    4.2 微构造对地应力的影响
    4.3 顶/底板不同岩性组合对煤岩应力影响
    4.4 不同煤层厚度影响煤岩应力的分布规律
    4.5 不同泥岩夹矸厚度影响煤岩应力的分布规律
    5 结论与建议
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