[發明專利]一種低滲煤層水力壓裂增透效果評價方法

有效

• 申請號: 201810852755.2
• 申請日: 2018-07-30
• 公開（公告）號: CN109064016B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 徐剛;金洪偉;張天軍;李樹剛
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/02
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙) 41131
• 代理人: 朱俊峰

1.一種低滲煤層水力壓裂增透效果評價方法，其特征在于：包括以下步驟，

（1）、判定低滲煤層水力壓裂的適用性；

（2）、確定煤層可壓裂指數I₁；

（3）、確定水力裂縫擴展指數I₂；

（4）、確定水力裂縫閉合指數I₃；

（5）、利用步驟（2）獲得的煤層可壓裂指數I₁、步驟（3）獲得的水力裂縫擴展指數I₂和步驟（4）獲得的水力裂縫閉合指數I₃，構建低滲煤層水力壓裂增透效果評價指數I定量計算模型；

（6）、確定低滲煤層水力壓裂增透效果評價標準；

（7）、評價低滲煤層的水力壓裂增透效果；

所述步驟（2）的具體步驟為，煤體的可壓裂性是指煤層具有能被有效壓裂形成裂縫從而增加滲透率的性質，煤的力學特性對煤層的可壓裂性具有重要的作用和影響，通常認為煤的彈性模量越大、煤層的地質強度指標越大、泊松比越小，煤層的可壓裂性就越好；據此采用式（1）～式（4）計算煤層可壓裂指數I₁：

（1）

（2）

（3）

（4）

式中，I₁為煤層可壓裂指數；E_n和v_n分別為彈性模量指數和泊松比指數；E_max和E_min分別是煤層內最大和最小彈性模量；v_max和v_min分別是煤層內最大和最小泊松比；GSI為煤層的地質強度指標，取值范圍為0～100；GSI_n為煤層的地質強度指標指數；E為煤體的彈性模量，v為煤體的泊松比；

所述步驟（3）的具體步驟為，水壓裂縫形成過程中，煤體的斷裂韌性、水平主應力差異系數和垂直主應力差異系數是影響水力裂縫擴展延伸的主要因素，煤體的斷裂韌性越低，越有利于水力裂縫的擴展延伸；水平主應力差異系數越大，越有利于水力裂縫的延伸，水力裂縫的范圍也就越大；垂直主應力差異系數越小，越有利于形成網狀裂縫網絡；據此采用式（5）計算煤體的Ⅰ型斷裂韌性K_IC：

（5）

式中，K_IC為Ⅰ型斷裂韌性；σ_t為煤巖體抗拉強度；a、b為系數，可通過收集區域內已測定出的煤巖試樣抗拉強度和Ⅰ型斷裂韌性K_IC，然后采用線性擬合方法確定系數a和b；

采用式（6）來計算煤層內的水平主應力差異系數：

（6）

式中，K_H為水平主應力差異系數，σ₁為最大水平主應力，σ₂為最小水平主應力；

采用式（7）來計算煤層內的垂直主應力差異系數：

（7）

式中，K_V為垂直主應力差異系數，σ_H為垂直主應力，σ₂為最小水平主應力；

對Ⅰ型斷裂韌性K_IC、水平主應力差異系數K_H和垂直主應力差異系數K_V進行歸一化處理得到水力裂縫擴展指數I₂：

（8）

（9）

（10）

（11）

式中，K_Icn為Ⅰ型斷裂韌性指數，K_Hn為水平主應力差異系數指數，K_Vn為垂直主應力差異系數指數；K_ICmax和K_ICmin分別是煤層內最大和最小Ⅰ型斷裂韌性；K_Hmax和K_Hmin分別是煤層內最大和最小水平主應力差異系數；K_Vmax和K_Vmin分別是煤層內最大和最小垂直主應力差異系數；I₂為水力裂縫擴展指數；

所述步驟（4）的具體步驟為，壓裂后的排水過程中隨著煤層中水的排出，煤層中孔隙流體壓力降低，有效應力增加，煤層中水力裂隙會出現不同程度的閉合；

影響煤層水力裂隙閉合的主要因素有煤體單軸抗壓強度、煤堅固性系數、最小水平主應力和煤層埋藏深度，煤體單軸抗壓強度和煤堅固性系數越大，表征煤體抵抗裂縫閉合的能力越強，越不利于煤層水力裂隙的閉合，最小水平主應力和煤層埋藏深度越大，表征施加于煤體裂縫閉合的外力越大，越有利于煤層水力裂隙的閉合；據此采用式（12）～式（16）計算煤層水力裂縫閉合指數I₃：

（12）

（13）

（14）

（15）

（16）

式中，σ_Cn為煤體單軸抗壓強度指數；f_n為煤體堅固性系數指數；σ_2n為最小水平主應力指數；H_n為煤層埋藏深度指數；I₃為水力裂縫閉合指數；σ_Cmax和σ_Cmin分別為煤體最大單軸抗壓強度和最小單軸抗壓強度；f_max和f_min分別為煤體最大堅固性系數和最小堅固性系數；σ_2max和σ_2min分別為煤層最大的最小水平主應力和最小的最小水平主應力；H_max和H_min分別為煤層最大埋藏深度和最小埋藏深度；σ_C為煤體單軸抗壓強度，f為煤體堅固性系數，σ₂為水力壓裂區域煤層最小水平主應力，H為煤層的埋藏深度。