沁水盆地南部煤储层压裂裂缝延展机制及充填模式

煤储层水力压裂裂缝延展机制与充填模式复杂性极大地制约煤层气井产能及后续改造工艺选择。煤储层压裂裂缝以其裂缝发育复杂、裂缝内充填物分布规律不明、压裂液滤失程度高且后期对储层伤害程度深、解堵难度大等为特征。前人借鉴常规油气藏压裂理论提出了煤储层压裂裂缝延展模式,但其裂缝模型与裂缝发育特征差异较大,裂缝起裂延展机制与客观实际出入,且煤储层压裂裂缝内部充填物分布及运移特征偏重室内试验模拟及数值计算,煤岩压裂液滤失机制、空间,压裂裂缝堵塞机制等尚未开展系统研究,为此,本论文以沁水盆地南部3号煤储层为例,基于矿井解剖、室内试验与理论分析,系统总结煤储层压裂裂缝延展机制与充填特征模式,研究压裂裂缝起裂延展机制,探究煤储层压裂液滤失机理,分析压裂裂缝充填特征模式及其对气井压裂效果及产能情况的制约。论文主要取得以下成果：(1)利用矿井开挖解剖,直观查明沁水盆地南部煤储层压裂裂缝延展的主要模式。利用矿井取样测试手段摸清煤储层压裂液空间分布规律,验证了煤储层压裂裂缝延展受原生裂缝控制的事实,查明裂缝内部支撑剂、煤粉混合分布特征。(2)设计了一套用于测试煤岩压裂液滤失途径及滤失量的试验系统,获取了原生结构煤、构造煤样品压裂液滤失特征参数(滤失量、滤失路径),结合试验现象总结了不同煤体结构煤岩压裂液滤失路径与空间,为后续煤岩压裂液滤失动力学机制及滤失模型构建提供了试验基础。(3)应用渗流力学模型,研究了原生结构煤、构造煤压裂液滤失动力学机制,结合损伤力学,提出构造煤压裂液滤失模式,构建了原生结构煤、构造煤压裂液滤失量计算数学模型,研究了压裂液滤液闭锁对气藏流体产出的伤害机制,并提出储层滤液伤害的防治工艺措施。(4)基于矿井解剖,提出了煤储层压裂裂缝发展的四大过程,强调了滤饼重要性,借鉴材料力学理论,对裂缝起裂机制进行分析,建立了原生结构煤、构造煤压裂裂缝起裂的模式。应用颗粒力链理论对饱和充填的煤储层压裂裂缝扩张机制进行了解析,提出了充填压裂裂缝横向扩张的力学判别条件。(5)研究了煤储层压裂裂缝充填物来源、分类及压裂过程堵塞的机制,建立了煤储层压裂裂缝堵塞特征对煤层气井压裂效果的地质控制模式,提出了煤层气井排采期间近井部位压裂裂缝发生堵塞的内在机制,为煤层气井井网优化布署、气井解堵提供理论参考。