基于解吸形变的煤岩稳定性评价
【图文】：
hmax为16MPa、垂向主应力σv为17．55MPa、原始储层压力p0为5．0MPa。孔弹系数α=1，其它实测物性参数如表1所示。表1沁水盆地南部某区块3号层力学性质表抗压强度/MPa抗拉强度/MPa弹性模量/GPa泊松比内摩擦角内聚力/MPa11．100．482．450．303232．室内试验与分析对于三轴应力状态下的解吸和煤岩渗透率测试，唐巨鹏(2005)、吴世跃(2006)和AbhijitMitra(2011)等人都进行过相当详细的介绍［12－14］。测试步骤简介如下:(1)将煤样加工成5cm×5cm×10cm(长×宽×高)的标准煤样。图1渗透率测试与拟合结果(2)将加工好的煤样放入三轴煤层气解吸渗透仪中，先对煤样施加轴压至设定值，接着施加围压和·68·钻采工艺DＲILLING＆PＲODUCTIONTECHNOLOGY2017年11月Nov．2017
业钠釫馍鈆嘎?图1)。以上步骤为一个试验循环，在试验过程中不取出煤样，只是改变不同三轴应力组合，试验顺序设计为先孔隙压力增加、后轴压增加、再轴压减孝最后减小孔隙压力模拟煤体加卸载应力条件。根据式(13)和式(19)，采用最优化算法，拟合实测的不同孔隙压力下的渗透率，得到Cf=0．22MPa－1、εsmax=0．01075、pε=4．16MPa。将通过拟合确定的εsmax、pε代入式(1)、式(4)和式(7)，可以计算得到孔弹效应的诱导应力Δσb、基质收缩的诱导应力ΔσL以及地应力变化ΔσP。如图2所示，基质收缩的诱导应力大于孔弹效应的诱导应力。图2孔弹效应和解吸形成的诱导应力对比根据式(22)计算地应力，代入式(26)可以计算得到J2，通过式(28)计算J2s。如图3所示，虽然J2s有减小趋势，煤岩剪切破坏的可能性增加。但是，J2s一直大于J2，地层压力下降造成的诱导应力还不足以造成煤岩剪切破坏。在实验结束后，并未发现煤岩样的剪切破坏，计算结果和观察到的现象是一致的。图3煤岩剪切失稳与地层压力的关系五、结论(1)地层压力下降形成的两种诱导应力。当地层压力下降很大时，伴随甲烷解吸，基质收缩的诱导应力大于孔弹效应的诱导应力。因此，煤层在生产过程中的地应力变化值远大于常规气藏。(2)根据构建的地应力计算模型，在煤层气压裂井的排采过程中，应力场的变化大，剪切失稳的可能性增加。(3)对于研究工区而言，地层压力下降造成的诱导应力还不足以造成煤岩剪切破坏。由于井筒和压裂缝会造成应力集中，总诱导应力更大，在生产中观察到的煤粉应该是在近井地带形成的，在远离井筒的渗流区域不会有剪切破坏形成的煤粉。参考文献［1］陈振宏，王一兵，孙平．煤粉产出对高?
【作者单位】： 油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学);成都理工大学环境与土木工程学院;中联煤层气有限责任公司;
【基金】：十三五国家重大专项“大型油气田及煤层气开发”(编号:2016ZX05066003-003)资助
【分类号】：TD712
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