碎软低渗煤层在我国普遍发育,制约煤层气单井产气量提高和产业发展。间接压裂是通过在邻近层产生垂直裂缝沟通煤层进而实现煤层有效改造的一种压裂方式,可以有效应对钻井塌陷、煤粉产出、压裂液滤失和煤层厚度薄等不利因素。本文通过间接压裂物理模拟实验和扩展有限元数值模拟分析,揭示煤层顶板间接压裂裂缝扩展影响因素,明确裂缝扩展机制,以期为间接压裂技术提供指导。通过直接压裂煤层和不同起裂位置、垂向应力和施工排量影响下间接压裂实验表明,起裂压力高,更易产生长裂缝,且受原生裂缝影响程度减小;但起裂点距离煤层越远,起裂所需能量越大,高破裂压力会对煤层造成粉碎性破坏;大施工排量下,起裂压力对应升高,起裂时间变短,原生裂缝影响程度变小。考虑地应力、起裂位置、岩石力学和施工排量等参数的数值模拟结果显示,在本文模型参数设置条件下,最大水平主应力和垂向应力差在<4 MPa,煤层与顶板有效应力差>3 MPa、弹性模量差<15 GPa的地层和岩性组合适合间接压裂,起裂位置距离煤层最优距离为<6 m,施工排量需要根据力学性质、断裂能密度等参数确定最优范围。
0 引言
1 实验和模拟设计
1.1 基础样品和实验设备
1.2 间接压裂样品实验设计
1.3 数值模拟实验设计
2 物理模拟结果
2.1 煤样直接压裂
2.2 70 mm煤岩+30 mm顶板
2.3 50 mm煤岩+50 mm顶板
2.4 30 mm煤岩+70 mm顶板
3 数值模拟结果
3.1 起裂位置影响
3.2 应力条件影响
3.2.1 有效应力影响
3.2.2 垂向应力与水平最大应力差影响
3.2.3 最小水平主应力差影响
3.3 岩石力学性质影响
3.3.1弹性模量影响
3.3.2泊松比影响
3.4 施工排量影响
4 结论和认识
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