[发明专利]煤层液态CO2

摘要

本发明公开了一种煤层液态CO2相变定向射孔致裂优势方向判断方法，包括以下步骤：(一)推算出孔壁破裂压力P与钻孔方位角α、倾角β和射孔角θ之间的理论对应关系；(二)应用地三维地应力参数测试；(三)岩石泊松比及孔壁抗拉强度参数测试；(四)计算不同钻孔方位角、倾角、射孔角条件下孔壁破裂压力值；(五)不同钻孔方位角、倾角条件下最小孔壁破裂压力确定；(六)绘制不同钻孔方位角、倾角条件下最小孔壁破裂压力分布云图及关系曲线图；(七)分析确定液态CO2相变定向射孔致裂优势方向。本发明可以为液态CO2相变致裂增透技术应用过程中优化钻孔布置方式提供理论支持，有效增加煤层液态CO2相变定向射孔致裂影响半径，减少钻孔工程量，提高施工效率。

主权项

1.一种煤层液态CO2相变定向射孔致裂优势方向判断方法，其特征在于，包括以下主要步骤：(一)推算出孔壁破裂压力P与钻孔方位角α、倾角β和射孔角θ之间的理论对应关系，具体为，采用弹性力学理论建立地应力作用下射孔致裂孔壁破裂压力计算模型，采用式(1)，将三维地应力换算到钻孔笛卡尔坐标系，式中：σH、σh、σv分别为钻孔笛卡尔坐标系X,Y,Z方向的应力分量，单位为MPa；τxy、τxz、τyz为剪应力分量，单位为MPa；σ1、σ2、σ3分别为最大、中间、最小主应力，单位为MPa；α、β分别为钻孔方位角及倾角，单位为°，考虑地应力及射孔应力的叠加作用，获得钻孔孔壁围岩r处应力分布为：式中：R、r分别为钻孔直径和极坐标半径，m；Pwf为孔内射孔压力，MPa；σr、σθ、σzz、σrθ、σθz、σzr分别为距离钻孔轴心r且与σH呈θ角处的径向、切向、轴向正应力及剪应力分量，MPa，由(2)式可以得到钻孔孔壁(R＝r)处应力分布为：钻孔孔壁上任意点的主应力满足，由此结合式(3)可以得到钻孔孔壁上任意点的主应力为：式中：σ′1、σ′2、σ′3分别为钻孔孔壁上任意点最大、中间、最小主应力，MPa，根据弹性力学理论结合式(4)，可以得出钻孔孔壁最大拉应力为：射孔致裂过程中，钻孔孔壁破裂的条件为孔壁最大拉应力σmax(θ)大于孔壁围岩的最大抗拉强度σt，则射孔致裂孔壁破裂的临界条件为：将式(3)带入式(6)可以得到孔壁破裂压力和地应力、孔壁抗拉强度、岩石泊松比及钻孔方位角、倾角、射孔角度之间的关系为：(二)应用地点三维地应力参数测试；(三)岩石泊松比及孔壁抗拉强度参数测试；(四)计算不同钻孔方位角、倾角、射孔角条件下孔壁破裂压力值；(五)不同钻孔方位角、倾角条件下最小孔壁破裂压力确定；(六)绘制不同钻孔方位角、倾角条件下最小孔壁破裂压力分布云图及关系曲线图；(七)根据最小孔壁破裂压力分布云图及关系曲线图分析确定液态CO2相变定向射孔致裂优势方向。