[发明专利]一种低渗煤层水力压裂增透效果评价方法

权利要求书

1.一种低渗煤层水力压裂增透效果评价方法，其特征在于：包括以下步骤，

（1）、判定低渗煤层水力压裂的适用性；

（2）、确定煤层可压裂指数I₁；

（3）、确定水力裂缝扩展指数I₂；

（4）、确定水力裂缝闭合指数I₃；

（5）、利用步骤（2）获得的煤层可压裂指数I₁、步骤（3）获得的水力裂缝扩展指数I₂和步骤（4）获得的水力裂缝闭合指数I₃，构建低渗煤层水力压裂增透效果评价指数I定量计算模型；

（6）、确定低渗煤层水力压裂增透效果评价标准；

（7）、评价低渗煤层的水力压裂增透效果；

所述步骤（2）的具体步骤为，煤体的可压裂性是指煤层具有能被有效压裂形成裂缝从而增加渗透率的性质，煤的力学特性对煤层的可压裂性具有重要的作用和影响，通常认为煤的弹性模量越大、煤层的地质强度指标越大、泊松比越小，煤层的可压裂性就越好；据此采用式（1）～式（4）计算煤层可压裂指数I₁：

（1）

（2）

（3）

（4）

式中，I₁为煤层可压裂指数；E_n和v_n分别为弹性模量指数和泊松比指数；E_max和E_min分别是煤层内最大和最小弹性模量；v_max和v_min分别是煤层内最大和最小泊松比；GSI为煤层的地质强度指标，取值范围为0～100；GSI_n为煤层的地质强度指标指数；E为煤体的弹性模量，v为煤体的泊松比；

所述步骤（3）的具体步骤为，水压裂缝形成过程中，煤体的断裂韧性、水平主应力差异系数和垂直主应力差异系数是影响水力裂缝扩展延伸的主要因素，煤体的断裂韧性越低，越有利于水力裂缝的扩展延伸；水平主应力差异系数越大，越有利于水力裂缝的延伸，水力裂缝的范围也就越大；垂直主应力差异系数越小，越有利于形成网状裂缝网络；据此采用式（5）计算煤体的Ⅰ型断裂韧性K_IC：

（5）

式中，K_IC为Ⅰ型断裂韧性；σ_t为煤岩体抗拉强度；a、b为系数，可通过收集区域内已测定出的煤岩试样抗拉强度和Ⅰ型断裂韧性K_IC，然后采用线性拟合方法确定系数a和b；

采用式（6）来计算煤层内的水平主应力差异系数：

（6）

式中，K_H为水平主应力差异系数，σ₁为最大水平主应力，σ₂为最小水平主应力；

采用式（7）来计算煤层内的垂直主应力差异系数：

（7）

式中，K_V为垂直主应力差异系数，σ_H为垂直主应力，σ₂为最小水平主应力；

对Ⅰ型断裂韧性K_IC、水平主应力差异系数K_H和垂直主应力差异系数K_V进行归一化处理得到水力裂缝扩展指数I₂：

（8）

（9）

（10）

（11）

式中，K_Icn为Ⅰ型断裂韧性指数，K_Hn为水平主应力差异系数指数，K_Vn为垂直主应力差异系数指数；K_ICmax和K_ICmin分别是煤层内最大和最小Ⅰ型断裂韧性；K_Hmax和K_Hmin分别是煤层内最大和最小水平主应力差异系数；K_Vmax和K_Vmin分别是煤层内最大和最小垂直主应力差异系数；I₂为水力裂缝扩展指数；

所述步骤（4）的具体步骤为，压裂后的排水过程中随着煤层中水的排出，煤层中孔隙流体压力降低，有效应力增加，煤层中水力裂隙会出现不同程度的闭合；

影响煤层水力裂隙闭合的主要因素有煤体单轴抗压强度、煤坚固性系数、最小水平主应力和煤层埋藏深度，煤体单轴抗压强度和煤坚固性系数越大，表征煤体抵抗裂缝闭合的能力越强，越不利于煤层水力裂隙的闭合，最小水平主应力和煤层埋藏深度越大，表征施加于煤体裂缝闭合的外力越大，越有利于煤层水力裂隙的闭合；据此采用式（12）～式（16）计算煤层水力裂缝闭合指数I₃：

（12）

（13）

（14）

（15）

（16）

式中，σ_Cn为煤体单轴抗压强度指数；f_n为煤体坚固性系数指数；σ_2n为最小水平主应力指数；H_n为煤层埋藏深度指数；I₃为水力裂缝闭合指数；σ_Cmax和σ_Cmin分别为煤体最大单轴抗压强度和最小单轴抗压强度；f_max和f_min分别为煤体最大坚固性系数和最小坚固性系数；σ_2max和σ_2min分别为煤层最大的最小水平主应力和最小的最小水平主应力；H_max和H_min分别为煤层最大埋藏深度和最小埋藏深度；σ_C为煤体单轴抗压强度，f为煤体坚固性系数，σ₂为水力压裂区域煤层最小水平主应力，H为煤层的埋藏深度。