河南“三软”煤层水力压裂理论研究及应用

发布时间：2017-10-23 17:06

  本文关键词：河南“三软”煤层水力压裂理论研究及应用

  更多相关文章： “三软”煤层 水力压裂 起裂压力 裂缝扩展模型 压裂时间 产能预测

【摘要】：在化石能源枯竭和环境污染问题的困扰下,世界各国纷纷致力于研究开发清洁新能源。煤层气是一种储存在煤层中的高热值、无污染的新能源气体,随着对地质规律认识的提高和勘探及开采技术的不断创新,煤层气开发利用成为缓解能源危机的关键。我国煤层气资源丰富,居世界第三位,有着广阔的开发前景。关于我国“三软”矿区煤层气田的抽采仍有许多问题亟待解决,其中开发适合“三软”煤层的储层改造技术是提高煤层气抽采效率的关键。为优化水力压裂施工参数,提高压裂效果,亟需建立合适的裂缝扩展模型以准确地描述一定荷载条件下裂缝的起裂与扩展规律。本文针对河南省“三软”矿区煤岩储层的地质条件,对改造储层的水力压裂技术的压力控制、扩展模型、渗透率、压裂时间以及产能预测做了初步研究。主要工作体现在以下几个方面:首先,本文运用应力场理论描述了地层应力分布,从弹性力学角度分析了钻孔对井壁附近应力场的影响,考虑了压裂液的沿程水头损失和射孔水头损失,分别分析了垂直井和水平井的裂缝起裂条件,建立了裂缝起裂压力与地面压力的关系,据此对井下与地面抽采的试验效果进行了系统分析。其次,在分析传统水力压裂模型优缺点的基础上,结合河南焦作煤层气田的压裂试验,基于PKN模型的裂缝宽度假设与裂缝流动的摩阻压降规律,构建了“三软”煤层水力压裂的裂缝扩展模型与渗透率计算模型,并运用地震实测法和反演计算法分别进行了多重验证。另外,运用能量方法分析了水力压裂过程中,煤岩体裂缝的起裂与扩展过程中所伴随的能量集聚与耗散。压裂泵做功与压裂液势能除却压裂液的沿程和射孔能量损失,主要转变为岩体的形变能以驱使岩体裂缝扩展,据此建立了水力裂缝延伸长度和压裂时间的关系,为压裂时间设计开辟了一条新的思路。最后,用郎格缪尔方程对煤层气的吸附解吸特征进行了分析,结合勘探资料对焦作位村矿区的煤层气资源总量和可采资源量进行了预测。在分析GW-002井后期排采数据的基础上,运用FracproPT对该煤层气井储层参数进行历史拟合,以获得更加准确的含气性和物性参数,并应用于后期产能预测。
【关键词】：“三软”煤层 水力压裂 起裂压力 裂缝扩展模型 压裂时间 产能预测
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 煤层气开发利用现状11-12
• 1.2.2 水力压裂技术现状12-13
• 1.3 存在的问题分析13-14
• 1.4 本文的主要研究内容和思路14-15
• 2 裂缝起裂扩展机理分析15-29
• 2.1 原始应力分布15-16
• 2.2 钻孔对井壁附近应力的影响16
• 2.3 井壁上的总应力16-19
• 2.3.1 初始应力场的影响16-17
• 2.3.2 井底压力的影响17-18
• 2.3.3 压裂液滤失引起的渗透力18-19
• 2.3.4 井壁上的最小周向应力19
• 2.4 压力损失19-20
• 2.4.1 井筒管柱沿程水头损失的计算19-20
• 2.4.2 射孔孔眼压力降的计算20
• 2.5 裂缝起裂条件分析20-24
• 2.5.1 起裂压力20-21
• 2.5.2 垂直井裂缝起裂条件分析21-22
• 2.5.3 水平井裂缝起裂条件分析22-24
• 2.6 井下抽放应用实例24-28
• 2.6.1 瓦斯赋存状况24
• 2.6.2 瓦斯治理24-28
• 2.6.3 压裂工艺28
• 2.6.4 效果评价28
• 2.7 本章小结28-29
• 3 水力压裂模型29-45
• 3.1 传统水力裂缝模型29-34
• 3.1.1 二维裂缝扩展模型29-33
• 3.1.2 拟三维裂缝扩展模型33-34
• 3.1.3 三维水力裂缝模型34
• 3.2 水力压裂模型建立34-40
• 3.2.1 模型假设35-36
• 3.2.2 建模思路36-39
• 3.2.3 水力压裂渗透率模型39-40
• 3.3 模型验证40-44
• 3.3.1 煤层的物性特征40
• 3.3.2 注水压裂施工40-42
• 3.3.3 煤层气产出机理42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 4 裂缝扩展速率和压裂时间45-52
• 4.1 水力压裂施工过程45-46
• 4.2 水力压裂过程中的能量分布46-51
• 4.2.1 压裂泵所做功46-47
• 4.2.2 压裂液重力势能47
• 4.2.3 压裂液沿程损失能量47
• 4.2.4 射孔能量损失47
• 4.2.5 塑性变形能47-51
• 4.3 本章小结51-52
• 5 产能预测52-61
• 5.1 煤层气资源评价52-54
• 5.1.1 煤吸附与解吸方程52-53
• 5.1.2 含气饱和度53
• 5.1.3 解吸特征53-54
• 5.2 煤层气资源量54-55
• 5.3 煤层气可采资源量55-56
• 5.4 历史拟合56-60
• 5.5 本章小结60-61
• 6 结论与展望61-63
• 6.1 主要结论61-62
• 6.2 展望62-63
• 参考文献63-67
• 个人简历、在校期间发表学术论文与研究成果67-68
• 致谢68

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本文编号：1084435