[發(fā)明專利]一種保持煤巖高滲透率的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010139815.3
• 申請(qǐng)日: 2020-03-03
• 公開（公告）號(hào): CN111305794A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 聶志宏;劉瑩;李永洲;孫偉;武男;趙增平;岳寧遠(yuǎn);劉曰武;高大鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中石油煤層氣有限責(zé)任公司;中聯(lián)煤層氣國(guó)家工程研究中心有限責(zé)任公司;中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所
• 主分類號(hào): E21B43/00
• 分類號(hào): E21B43/00;E21B43/16;E21B47/06;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 北京市隆安律師事務(wù)所 11323
• 代理人: 權(quán)鮮枝;楊博濤

1.一種保持煤巖高滲透率的方法，其特征在于，所述方法包括：

步驟1，基于室內(nèi)三軸壓縮實(shí)驗(yàn)，分析煤巖的滲透率隨井周應(yīng)力變化的變化規(guī)律，確定井周應(yīng)力的預(yù)設(shè)合理范圍；

步驟2，基于彈塑性理論，劃分煤層氣井及其圍巖的受力狀態(tài)分區(qū)，建立塑性軟化區(qū)、彈性區(qū)和破壞區(qū)的井周應(yīng)力分析式；

步驟3，根據(jù)所述井周應(yīng)力分析式以及所確定的井周應(yīng)力的預(yù)設(shè)合理范圍，確定井底壓力的控制值域表達(dá)式，并代入煤層氣井所在地的煤巖實(shí)際參數(shù)，計(jì)算出煤層氣井的井底壓力的控制范圍，使井周應(yīng)力處于所述的預(yù)設(shè)合理范圍，以提高煤巖的滲透率。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保持煤巖高滲透率的方法，其特征在于，所述井底壓力的控制值域表達(dá)式包括：

井底壓力下限值計(jì)算式：

井底壓力中間值計(jì)算式：

井底壓力下限值計(jì)算式：

其中，c_r為剩余內(nèi)聚力，為剩余內(nèi)摩擦角，p₀為水平地應(yīng)力，c為內(nèi)聚力，為內(nèi)摩擦角；

所述井底壓力p_wb的控制范圍具體為：

p_wb-min≤p_wb≤p_wb-mid＜min(p₀,p_wb-max)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的保持煤巖高滲透率的方法，其特征在于，所述步驟2中，建立塑性軟化區(qū)的井周應(yīng)力分析式包括：

煤層氣井忽略體力時(shí)的圍巖平衡方程為：

式一：

式中：σ_r，σ_θ分別為井周徑向應(yīng)力和切向應(yīng)力，r為徑向坐標(biāo)；

有孔壓時(shí)的莫爾-庫侖強(qiáng)度條件為：

式二：σθ-α₀p(r,t)＝ξ[σ_r-α₀p(r,t)]+S_c，

其中，α₀為有效應(yīng)力系數(shù)，儲(chǔ)層壓力為p(r,t)＝p_e-p_kln(r_e/r)，p_k＝(p_e-p_w)/ln(r_e/r)，p_e、p_w和r_e分別為原始儲(chǔ)層壓力、井底流壓和滲流半徑，

由式一和式二得：

式三：

其中，C₁為待定常數(shù)，ξ₁＝ξ-1，β₀＝ξ₁α₀p_k，β₁＝ξ₁α₀p_e-S_c-β₀ln(r_e)；

設(shè)塑性軟化區(qū)徑向應(yīng)力為設(shè)塑性軟化區(qū)半徑為R_f，塑性軟化區(qū)與塑性硬化區(qū)交界面徑向應(yīng)力為p_f，作為邊界條件代入式三得：

式四：

解得C₁后代入式三得：

式五：

控制方程組：

式六：

邊界條件：

式七：σ_r＝p_f,r＝R_f；

由上述各式求解得塑性軟化區(qū)的應(yīng)力分析式：

式八：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的保持煤巖高滲透率的方法，其特征在于，所述步驟2中，建立彈性區(qū)的井周應(yīng)力分析式包括：

設(shè)塑性區(qū)半徑R_p，塑性區(qū)與彈性區(qū)交界面徑向應(yīng)力為p_R，解得圍巖彈性區(qū)應(yīng)力為式九：

由式八和式九，得式十：

以及

式十一：

塑性區(qū)與彈性區(qū)交界處，半徑R_p，塑性區(qū)與彈性區(qū)交界條件為：

式十二：

當(dāng)r＝R_p，則有：

式十三：

式十四：以及

式十五：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的保持煤巖高滲透率的方法，其特征在于，所述步驟2中，建立破壞區(qū)的井周應(yīng)力分析式包括：

在破壞區(qū)，煤巖的強(qiáng)度參數(shù)取對(duì)應(yīng)的殘余強(qiáng)度參數(shù)，即c＝c_r,φ＝φ_r，由井邊邊界條件可得：

式十六：

其中：ξ_1r＝ξ_r-1，β_0r＝ξ_1rα₀p_k，β_1r＝ξ_1rα₀p_e-S_cr-β_0rln(r_e)；

控制方程為：

式十七：

邊界條件為：

式十八：σ_r＝p_w,r＝r_w，

其中，r_w為井筒半徑；

由

求解得：

式十九：