[发明专利]煤层脉动水力压裂振幅和频率设计方法

说明书

本发明涉及的是煤层脉动水力压裂振幅和频率设计方法，具体为：一、获取煤岩基本力学参数、原地应力数据、孔隙压力数据，得到脉动载荷下的煤岩强度理论模型；二、建立煤层脉动水力压裂有限元模型；三、对压裂井施加脉动压力，在某个脉动频率和振幅施工参数下模拟计算煤层应力场，确定煤层脉动水力压裂扰动应力场分布；四、确定脉动水力压裂改造形成有效破坏区域的煤层面积大小，产生破坏的煤岩是能形成裂缝的煤岩，确定脉动水力压裂改造形成的裂缝网络面积；五、重复三、四，计算不同脉动压裂振幅和频率所能产生的裂缝网络面积，计算分析选取最适合的脉动压裂振幅和频率参数组合。本发明最大限度的增加煤层压裂改造体积，有效提高煤层气井产能。

技术领域

本发明涉及煤层脉动水力压裂储层改造技术，具体涉及煤层脉动水力压裂振幅和频率设计方法。

背景技术

煤层气是一种重要的非常规油气资源，其开发和利用越来越受到世界各国的关注和重视。我国煤层气储量丰富，高达36.8´10¹²m³，是仅次于俄罗斯和加拿大的全球第三大煤层气储量国。如果能高效开发煤层气资源，对我国能源供给意义重大。煤层气的主要成分为甲烷，当其空气浓度达到5%～16%时，遇明火就会爆炸，这也是煤矿瓦斯爆炸事故发生的根本原因。另外，如将煤层气直接排放到大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏作用极强。所以，在采煤之前如果能先开采煤层气，对煤矿安全生产和环境保护意义重大。

水力压裂是煤层气开采的一项有效技术措施，据统计我国日产量超过1000m³的煤层气井都使用过水力压裂增产措施。煤层气井开展水力压裂作业后，能够在井底附近形成复杂裂缝网络，增加煤层气井泄压面积，降低流体渗流阻力，极大地改善煤层渗流条件，从而有效增加煤层气井产能。

煤层水力压裂目前广泛采用常规水力压裂技术，该技术尽管在煤储层压裂改造过程中取得较好的效果，但也经常出现一些工程技术问题，影响了煤层的压裂改造效果。例如，压裂改造后经常无法按照设计形成长缝和有效的裂缝网络，只在井底附近形成小范围裂缝延伸，无法有效增加压裂改造体积；或者在压裂过程中，由于煤层压裂液滤失严重，而压裂参数设计不合理经常导致裂缝砂堵，泵压升高增加了施工风险，不利于安全施工顺利进行。

脉动水力压裂技术，是在煤层常规水力压裂技术基础上提出的一种新型水力压裂技术，克服了常规水力压裂技术在煤层压裂开发中出现的技术问题。脉动水力压裂是利用周期性的脉动压力变化实现对煤层的压裂施工作业，并且在周期性的脉动压力作用下，对煤层岩石造成损伤，使煤岩强度降低，在压裂载荷下更易于发生破坏，从而有效增加复杂裂缝网络沟通煤层的面积，使压裂改造体积大幅增加，更有效的提高煤层渗透率，达到提高煤层气井产能的目的，并且降低了施工压力和施工风险，有利于安全施工。

但目前煤层脉动水力压裂的压裂施工参数比如脉动压裂的振幅和频率都是根据现场经验选取，没有相应的理论指导依据和相应设计方法，这样在不同煤层区块应用效果差异明显，有的区块压裂改造增产效果显著，有的区块则因参数设计不合理而导致压裂效果较差，因此需要提供一种煤层脉动水力压裂的施工参数设计方法，给出不同区块适用的脉动压裂振幅和频率数值，提高脉动水力压裂的储层改造效果和施工成功率。

发明内容

本发明的目的是提供煤层脉动水力压裂振幅和频率设计方法，这种煤层脉动水力压裂振幅和频率设计方法解决煤层脉动水力压裂过程施工参数的合理选取问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种煤层脉动水力压裂振幅和频率设计方法：

步骤一、开展预期压裂煤层现场取芯，应用获取的煤岩岩芯开展力学参数测试，获取煤岩基本力学参数、原地应力数据、孔隙压力数据，同时开展煤岩岩芯周期循环载荷压缩的破坏实验，模拟并掌握脉动载荷下的煤岩破坏规律，回归得到脉动载荷下的煤岩强度理论模型；