固井水泥浆侵入对煤储层压裂裂缝延展的影响

目前针对于煤层气井近井部位固井水泥浆侵入的方式和形态规模、固井水泥浆侵入对煤储层压裂裂缝延展的影响机制及其与煤层气井开采效果的内在关联方面的研究较少。为了深化煤储层压裂裂缝延展理论并给煤层气井水力压裂施工方案优化提供支撑,选取沁水盆地煤储层中基质—裂隙发育组合迥异的区块,对部署在不同部位气井的固井水泥浆侵入方式和水泥环形态规模进行了系统刻画,分析了不同固井水泥浆侵入方式下的压裂力学判据,针对深部气井难于开挖解剖其固井水泥浆侵入特征的实际问题,提出了破裂压力当量的定义,在此基础上,对郑庄区块39口煤层气井的压裂排采数据进行了分析,总结了固井水泥浆不同侵入方式对煤层气井压裂、排采的影响。研究结果表明:①煤层气井固井水泥浆的侵入方式包含固井水泥浆正常充注型(硬煤基质)、加厚型(构造煤)及煤岩—水泥胶结界面型(硬煤裂隙带)等3种;②由破裂压力当量(pt)小于1.50 MPa,固井水泥浆均匀充注在气井井眼—套管环空,可以判断气井位于硬煤基质;由pt介于1.50~9.00 MPa,固井水泥浆沿井壁构造节理缝挤侵入储层内形成胶结滤饼,可以判断气井位于硬煤裂隙带;由pt大于9.00 MPa,固井水泥在井眼环空垮塌空间加厚形成纺锤体,可以判断气井位于构造煤;③位于硬煤基质的气井在排采期间气井产气量缓慢增加到峰值,并可在峰值部位稳产较长时间,而后产气量缓慢下降,位于构造煤的气井在排采初期很快见产,随后产气量迅速衰减,硬煤裂隙带气井在排采初期产气量快速上升并达到峰值,但稳产时间较短,而后产气量缓慢下降。

煤岩弹性力学性质与煤层破裂压力关系

岩石弹性力学性质是储层水力压裂裂缝起裂的重要力学约束,解译弹性力学性质与煤层破裂压力间的数学关系对于气井压裂设计有一定作用。以沁水盆地郑庄区块51口煤层气井为对象,利用声波时差、体密度测井数据反演了近井煤岩弹性力学参数(弹性模量E、剪切模量G、体积模量K、泊松比v)值,计算了表征煤岩破裂实际耗能情况指标——破裂压力当量(P_t)值。通过数学回归发现:中低弹性模量软煤中弹性力学参数(E、G、K)与P_t呈线性正相关关系;对于高弹性模量(E>6GPa)硬煤,发育天然大裂隙煤层P_t较低且随模量(E、G、K)降低而增高(煤粉的堵塞效应),而致密煤层P_t随煤岩模量增大而快速升高。煤岩泊松比(v)与P_t间的关系则不同,高弹性模量硬煤P_t随煤岩泊松比(v)增大而快速升高,而中低模量软煤P_t先随v减小而升高(煤岩脱水效应),后与v呈正相关关系。