煤层气井压裂施工资料反演岩石力学参数及压后产能预测研究

煤层气作为非常规天然气资源的重要组成部分，具有开发深度浅、勘探风险小、投资少、见效快的特点，已成为非常规油气藏开发中最为活跃的领域，并越来越受到各产煤国家的重视。水力压裂作为应用最普遍的增产措施，其在煤层气的勘探开发中起着举足轻重的作用。 岩石力学参数对煤层气的设计和开发有着重要的指导意义，其值通常是通过取心后采用实验室三轴测试或者测井方法获得。本文提出了利用地面施工压力资料反演求取其压裂井段岩石力学参数的新方法。在本文的反演模型中，井底压力与就地条件下的岩石力学性质关系式是主线，裂缝形成及其延伸是核心。文中首先针对煤岩孔隙、割理发育的特性，从岩石力学性质上分析了其压裂的特殊机理；然后针对煤岩应力敏感性强，滤失机理不同于常规砂岩地层的特点，结合压力控制滤失的机理建立了煤岩压裂滤失模型，并在前人研究的基础上，推导了煤岩压裂裂缝延伸的二维数值模型，建立了求取实时井底压力的压裂液井筒运动界面模型。通过迭代法耦合井底施工压力和煤岩特性之间的关系，反求出压裂井段煤岩杨氏模量和泊松比。实例分析计算表明本文提出这种新方法是可靠的。此方法既可用于煤岩压裂的实时分析，也可用于压后评估分析，为利用压裂施工资料进行煤岩岩石力学参数的再认识提供了又一新的工具。 正确预测煤层气压裂井产能是煤层甲烷资源开发的关键。本文应用煤层气地质学、石油天然气地质学和渗流力学等学科的理论和方法，研究了煤储层中煤层气的储集、运移和产出机理，概化出了煤层气储层模拟的地质模型；以油气藏数值模拟和数值计算方法为工具，建立了描述二维、非平衡吸附、拟稳态条件下气—水两相流体混相运移规律的煤层气储层模拟的数学模型，详细推导出了该数学模型的IMPES求解方法，并借助计算机技术开发了煤层气储层产能数值模拟软件。最后以哈参X井为例，利用本文模型进行了产量动态预测，对影响煤层气压裂井产量的诸多因素进行了敏感性模拟计算。水力压裂措施增大了从基质经裂缝到井底的压降，它对煤层气的解吸扩散的影响是必然的，但是关于这一点文献中鲜有介绍。本文将实例计算中的解吸扩散量数据整理出来，以实例作图第一次给予了定量对比分析。模拟结果表明本文的模型是正确的、可靠的。