褐煤煤層原位注過熱水蒸汽控制壓裂機(jī)理研究

我國(guó)褐煤等低變質(zhì)程度煤儲(chǔ)量極為豐富，如果能通過地下處理將煤中的有機(jī)成分提取出來，不僅節(jié)約開采成本，而且一定程度上緩解油氣緊張問題。但褐煤含水率高、發(fā)熱量低、發(fā)火期短等問題制約了褐煤的大規(guī)模開發(fā)與利用。原位注熱脫水與提質(zhì)改性技術(shù)工序簡(jiǎn)單、能力大、投資少，是褐煤大規(guī)模開發(fā)與利用技術(shù)發(fā)展的新方向。該技術(shù)的關(guān)鍵步驟是水力壓裂建造水平裂縫。考慮過熱水蒸汽對(duì)煤具有壓裂和熱解雙重作用，項(xiàng)目采用過熱水蒸汽（T<600℃）對(duì)褐煤煤層實(shí)施壓裂以形成水平裂縫。通過本項(xiàng)目得出如下結(jié)論： （1）褐煤地層受長(zhǎng)期地質(zhì)作用及地層自身地質(zhì)結(jié)構(gòu)因素影響，局部地區(qū)地應(yīng)力場(chǎng)以靜水應(yīng)力場(chǎng)為主。 （2）褐煤熱解引起內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，低溫階段(T＜300℃)，由于煤中水分和自由氣體的散失而產(chǎn)生大量裂紋；在高溫階段(T＞300℃)，有機(jī)質(zhì)的熱解導(dǎo)致煤中大量孔隙裂隙的形成，稱這種因熱解作用導(dǎo)致煤等一類富含有機(jī)質(zhì)的巖石發(fā)生破壞的現(xiàn)象為熱解破裂。與無機(jī)巖石的熱破裂過程相比，煤的熱解破裂在破裂機(jī)理、裂紋起始位置、裂紋形態(tài)方面具有顯著的獨(dú)特性。 （3）三軸應(yīng)力-熱應(yīng)力-熱解耦合作用下褐煤彈性模量和滲透率隨溫度非單調(diào)變化，均表現(xiàn)為先增大后降低。彈性模量在200℃達(dá)到最大值，滲透率在100-150℃達(dá)到最大值。 （4）三軸應(yīng)力-熱應(yīng)力-熱解耦合作用下褐煤?jiǎn)我涣芽p滲透率隨溫度變化和完整試樣相同，先增大后降低，100℃-150℃增至最大值。 （5）THMC耦合作用下褐煤煤層原位注過熱水蒸汽控制壓裂過程中，壓裂連通時(shí)，距離注熱井20m范圍內(nèi)蒸汽溫度高于300℃；在地層的垂直剖面上，溫度場(chǎng)分布形態(tài)為一橢圓形。壓裂－熱解過程中，裂縫內(nèi)高溫流體存在明顯的溫度梯度，裂縫前端主要是由壓裂引起的張開度，高于300℃的裂縫后端是壓裂與煤熱解的復(fù)合作用引起的張開度；在注熱井和生產(chǎn)井未連通前，壓裂－熱解通道上的裂縫張開度比較小，隨著兩井貫通，壓裂通道上的裂縫張開度迅速增加，此時(shí)已形成對(duì)流加熱，高溫蒸汽能夠迅速地加熱煤層。

我國(guó)褐煤資源極為豐富，但含水率高、發(fā)熱量低、發(fā)火期短等問題制約了褐煤的大規(guī)模開發(fā)與利用。原位注熱脫水與提質(zhì)改性技術(shù)工序簡(jiǎn)單、能力大、投資少，是褐煤大規(guī)模開發(fā)與利用技術(shù)發(fā)展的新方向。該技術(shù)的關(guān)鍵步驟是水力壓裂建造水平裂縫。考慮過熱水蒸汽對(duì)煤具有壓裂和熱解雙重作用，采用過熱水蒸汽（600℃）實(shí)施壓裂以形成水平裂縫是有效方法。項(xiàng)目采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、試驗(yàn)研究、理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法，研究三軸應(yīng)力-熱應(yīng)力-熱解作用下褐煤物性參數(shù)演化規(guī)律；研究三軸應(yīng)力-熱解作用下人工預(yù)制單一未貫通裂縫的張開度與滲流特性演化規(guī)律、褐煤煤層壓裂裂縫起裂擴(kuò)展機(jī)制及形成水平裂縫的控制條件；建立地應(yīng)力-蒸汽壓力-熱應(yīng)力-熱解（THMC）耦合作用下褐煤煤層原位注過熱水蒸汽控制壓裂數(shù)學(xué)模型，通過數(shù)值模擬，分析壓裂過程中煤層熱解變形、裂縫滲流與傳熱傳質(zhì)規(guī)律，為褐煤原位注熱脫水與提質(zhì)改性工程的關(guān)鍵步驟實(shí)施提供技術(shù)支持。

煤層氣藏水力壓裂網(wǎng)狀裂縫形成機(jī)理及擴(kuò)展規(guī)律

姜婷婷，任高峰，張建華著

• 出版社：武漢大學(xué)出版社

• ISBN：9787307207714

• 版次：1

• 商品編碼：12515243

• 品牌：其他品牌

• 包裝：平裝

• 開本：16開

• 出版時(shí)間：2019-03-01

• 用紙：膠版紙

• 頁數(shù)：159

• 正文語種：中文

內(nèi)容簡(jiǎn)介

《煤層氣藏水力壓裂網(wǎng)狀裂縫形成機(jī)理及擴(kuò)展規(guī)律》針對(duì)煤層氣藏水力壓裂過程中裂縫起裂和擴(kuò)展預(yù)測(cè)的難題，系統(tǒng)地開展模擬實(shí)際壓裂條件下的煤巖力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)，建立應(yīng)力和滲流耦合條件下煤巖起裂判據(jù)，研究煤巖節(jié)理、層理和天然裂縫等對(duì)水力壓裂過程中裂縫網(wǎng)絡(luò)的影響規(guī)律，揭示水力壓裂裂縫起裂和延伸的力學(xué)機(jī)理，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤層氣藏水力壓裂裂縫網(wǎng)絡(luò)幾何尺寸和復(fù)雜程度的設(shè)計(jì)控制。研究成果可為現(xiàn)場(chǎng)施工提供技術(shù)參考和理論依據(jù)。

原位注寫是指在施工圖中，直接在墻柱、墻梁、墻身上注寫截面尺寸和具體配筋種類、直徑、數(shù)值、間距的表達(dá)方式。

與其對(duì)應(yīng)的還有集中標(biāo)注，即相同特性的幾個(gè)構(gòu)件統(tǒng)一在某一個(gè)位置注寫的方式。2100433B