[发明专利]煤层脉动压裂最优施工频率确定方法

摘要

本发明涉及的是煤层脉动压裂最优施工频率确定方法，它包括:一、进行预期压裂煤层现场取芯，开展煤岩力学参数测试实验，获取煤岩的基本力学参数、三向地应力数据；二、建立煤层脉动压裂三向地应力作用下有限元模型；三、建立煤层脉动压裂扰动应力场有限元模型，在一定的脉动频率下模拟计算煤层应力场，确定煤层脉动压裂扰动应力场分布；四、利用拉应力计算公式求取裂缝尖端最大拉应力；五、重复步骤三‑四，得到不同应力水平和不同脉动施工频率下的裂缝尖端最大拉应力变化规律，确定最优脉动施工频率。应用本发明确定的煤层脉动压裂最优施工频率，在较低的施工压力下即可实现与常规水力压裂相同的压裂效果，降低施工压力有利于降低安全施工风险。

主权项

1.一种煤层脉动压裂最优施工频率确定方法，其特征在于：步骤一、进行预期压裂煤层现场取芯，开展煤岩力学参数测试实验，获取煤岩的基本力学参数、三向地应力数据和孔隙压力数据，基本力学参数包括弹性模量、泊松比、抗拉强度；步骤二、应用comsol商用有限元软件，建立煤层脉动压裂三向地应力作用下有限元模型，模型中包含压裂井组井身结构信息、煤层各种割理和天然裂缝结构信息，在模型中预设脉动压裂裂缝尺寸和裂缝形态，煤岩的基本力学参数、三向地应力数据、孔隙压力数据以步骤一中实验结果为依据；步骤三、建立煤层脉动压裂扰动应力场有限元模型，以步骤二煤层脉动压裂三向地应力作用下有限元模型计算结果为初始值，对压裂井施加一定应力水平脉动压力，在一定的脉动频率下模拟计算煤层应力场，确定煤层脉动压裂扰动应力场分布；步骤四、利用拉应力计算公式求取裂缝尖端最大拉应力，拉应力计算公式如下；式中：σ_x为x方向正应力；σ_y为y方向正应力；τ_xy为剪应力；提取步骤三脉动压裂扰动应力场有限元模拟结果数据，带入拉应力计算公式，计算确定一定脉动应力水平和固定脉动频率下的裂缝尖端最大拉应力；步骤五、重复步骤三、步骤四，得到不同应力水平和不同脉动施工频率下的裂缝尖端最大拉应力变化规律，在保证施工管柱和设备安全的极限压力下，以获取目标压裂煤层裂缝尖端最大应力值为目标，确定最优脉动施工频率，或根据现场施工压力要求，在特定应力水平下，以获取目标压裂煤层裂缝尖端最大应力值为目标，确定最优脉动施工频率。