[發明專利]一種煤層氣壓裂井排采壓力安全窗分析方法

在審

• 申請號: 201810344653.X
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN108533242A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 楊宇;郭春華;吳翔;顏平
• 申請（專利權）人: 成都理工大學
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B47/00;G06Q50/02
• 代理公司: 成都高遠知識產權代理事務所(普通合伙) 51222
• 代理人: 李安霞;曾克

本發明公開一種煤層氣壓裂直井排采過程中井底流壓安全窗的分析方法，包括以下步驟：a、通過室內實驗得到煤巖地層流體壓力與滲透率的關系曲線，擬合后得到關鍵參數，計算孔彈效應和甲烷解吸造成的誘導應力Δσ_P；b、計算垂直壓裂縫造成的誘導應力Δσ_F的分量；c、采用疊加原理，計算在煤巖壓裂縫壁面的x、y、z方向的地應力分量，再根據三維應力狀態的特征方程重新計算主應力；d、根據剪切破壞準則，判斷井底流壓的合理性，確定安全窗。本發明能夠同時考慮孔彈效應、甲烷解吸和壓裂縫形成的誘導應力，進而確定煤層氣排采過程中的合理井底流壓，避免在壓裂縫的壁面產生剪切破壞。

技術領域

本發明涉及煤層氣采掘技術領域，尤其涉及一種煤層氣壓裂直井排采過程中井底流壓安全窗的分析方法。

背景技術

目前，在煤層氣井的井底合理壓力分析中，有以下幾種代表性的思路：①不考慮壓裂縫的存在，把井筒簡化為一個規則的圓形井眼，基于彈塑性理論分析井筒周圍的應力，計算合理井底壓力，確保煤層滲透率處于高值區(參見：“王芝銀,段品佳,張華賓.煤層氣開采初期井底壓力的合理控制范圍研究[J].巖石力學與工程學報,2011,30(S2):3407-3412.”)；②不考慮壓裂縫的存在，把井筒簡化為一個規則的圓形井眼，計算合理井底壓力，確保井筒附近煤層應力不超過煤巖抗壓強度，避免發生壓實破壞(參見：“張芬娜,李明忠,朱洪迎,等.煤層氣井產氣階段臨界排采參數分析[J].煤炭技術,2015,34(10):17-20.”)；③只考慮壓裂縫和孔彈效應，但不考慮煤層氣特有的解吸過程產生的誘導應力(參見：“Palmer,I.D.,Moschovidis,Z.A.,&Cameron,J.R.(2005,January 1).Coal Failure andConsequences for Coalbed Methane Wells.Society of Petroleum Engineers.doi:10.2118/96872-MS”)。

由于中國的煤層氣儲層的滲透率低，一般采用水力壓裂開采方式，受壓裂縫的影響，不能只把井筒簡化為圓筒。因此，第1、2類方法只適合裸眼井，不適用于壓裂后的煤層氣井的井底合理壓力分析。在煤層氣井的排采過程中,煤基質的收縮和膨脹，不但對滲透率有影響，還會引起附加的誘導應力。第3類方法不考慮解吸過程產生的誘導應力，計算出的井底合理壓力偏小。根據第3類方法的計算結果，國外氣藏工程行業認為無煙煤在排采中不會發生剪切破壞(參見：“Palmer,I.D.,Moschovidis,Z.A.,&Cameron,J.R.(2005,January1).Coal Failure and Consequences for Coalbed Methane Wells.Society ofPetroleum Engineers.doi:10.2118/96872-MS”)。但是中國沁水盆地的無煙煤在排采過程中，很多氣井的生產受煤粉影響嚴重，顯然采用第3類方法計算井底合理壓力的誤差很大。

發明內容

本發明旨在提供一種煤層氣壓裂直井排采過程中井底流壓安全窗的分析方法，能夠確定合理的井底流壓，可以避免煤巖壓裂縫壁面產生剪切破壞。

為達到上述目的，本發明是采用以下技術方案實現的：

本發明公開的煤層氣壓裂直井排采過程中井底流壓安全窗的分析方法，包括以下步驟：

a、通過室內實驗得到煤巖地層流體壓力與滲透率的關系曲線，擬合后得到關鍵參數，計算孔彈效應和甲烷解吸造成的誘導應力Δσ_P；

b、計算垂直壓裂縫造成的誘導應力Δσ_F的分量；

c、采用疊加原理，計算在煤巖壓裂縫壁面的x、y、z方向的地應力分量，再根據三維應力狀態的特征方程重新計算主應力；

d、根據剪切破壞準則，判斷井底流壓的合理性，確定安全窗。

優選的，所述步驟a包括以下子步驟：