煤炭学报

作者：熊冬, 贺甲元, 马新仿, 曲兆亮, 郭天魁, 马诗语,

关键词：深部煤层, CT扫描, 孔裂隙结构, 压裂测试, 射孔位置, 有限元, 渗流–应力–损伤耦合,

鄂尔多斯8号深部煤层埋深超过2 000 m，地质结构复杂，目标煤层的顶部与底部分别存在灰岩层与泥岩层，现场采用水平井压裂作为8号深部煤层气的开发手段。为明确8号深部煤及顶底板不同射孔位置条件下的水力裂缝扩展路径规律，综合考虑储层地质结构、井眼轨迹以及储层岩石力学特性，形成了深部煤层水力压裂有限元模拟实现流程。首先，加工了井下实际岩心试样，基于三轴压缩试验明确了岩石力学特性，并利用CT扫描表征了基质孔隙与裂隙结构特征；然后，采用带孔隙压力节点的黏聚力模型等效表征了深部煤层中的弱面与孔裂隙对流体渗流的影响，并建立了考虑渗流–应力–损伤耦合的深部煤层水力压裂三维有限元模型，并基于现场压裂测试施工工艺进行了有限元模型的参数反演与验证；最终，进行了深部煤及顶底板不同射孔位置条件下的压裂测试模拟计算。结果表明：与顶底板岩石相比，煤岩弹性模量低、泊松比高、孔裂隙发育；煤层中射孔时水力裂缝被完全限制在煤层中扩展，水力裂缝难以穿过煤层与顶底板界面进入灰岩层与泥岩层中，水力裂缝在达到峰值排量前完全闭合；灰岩层中射孔时水力裂缝穿过灰岩层与煤层界面，进入煤层中扩展，煤层中的水力裂缝长度大于灰岩层中的水力裂缝长度；泥岩层中射孔时水力裂缝穿过泥岩层与煤层界面，进入煤层中扩展，泥岩层与煤层中水力裂缝长度均得到了扩展；顶板灰岩层与底板泥岩层中射孔时的起裂压力大于煤层中射孔时的起裂压力；由于大量压裂液在煤层中滤失，在顶板灰岩层与底板泥岩层中射孔时，煤层中的水力裂缝最先发生闭合。研究成果可以为深部煤层的水力裂缝扩展建模提供思路，并指导深部煤层气的高效开发。

来源：2024年第12期

《煤炭学报》期刊编辑部

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