【摘 要】
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煤岩气藏具有低渗透率、低孔隙度等特征,必须进行水力压裂改造才能获得有经济效益的产量。但煤层气井在生产过程中因为初次裂缝的导流能力降低,逐渐失去生产能力。重复压裂是恢复气井产能的一种有效技术,由于煤岩比较松软,天然裂缝发育,各向异性严重,以及初次水力裂缝的存在和前期生产活动的扰动,重复压裂产生的裂缝（简称二次裂缝）形态非常复杂。目前,现场的应用研究远超前于理论研究,对煤岩力学性质的各向异性,初次压裂
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煤岩气藏具有低渗透率、低孔隙度等特征,必须进行水力压裂改造才能获得有经济效益的产量。但煤层气井在生产过程中因为初次裂缝的导流能力降低,逐渐失去生产能力。重复压裂是恢复气井产能的一种有效技术,由于煤岩比较松软,天然裂缝发育,各向异性严重,以及初次水力裂缝的存在和前期生产活动的扰动,重复压裂产生的裂缝（简称二次裂缝）形态非常复杂。目前,现场的应用研究远超前于理论研究,对煤岩力学性质的各向异性,初次压裂及重复压裂中煤层内部水力裂缝的起裂和扩展机理,二次裂缝转向角的主控因素等关键问题还未开展过系统的研究。因此,有必要针对煤岩储层特征和重复压裂改造策略,进行煤层气井重复压裂水力裂缝扩展机理研究,提高重复压裂的改造体积,深化对煤岩中水力裂缝扩展的认识。本文针对沁水盆地柿庄南区块主采煤层,首先对目的区块煤岩割理的发育状况和特征进行评价,开展割理和层理影响下煤岩力学性质特征研究以及煤岩坚固系数测试,为煤层重复压裂提供基本参数。通过在试验区开采大尺寸天然煤样,采用真三轴压裂模拟设备和高能CT扫描技术相结合的方法揭示初次压裂后煤岩内部的复杂裂缝形态,考察层理、割理、地应力等因素对裂缝形态的影响。基于对煤岩初次压裂水力裂缝形态的认识,开展煤岩重复压裂水力裂缝扩展实验研究,验证煤层中重复压裂技术的可行性,分析割理、天然裂缝以及地应力反转等因素对二次裂缝扩展的影响,根据不同类型的压裂曲线和两次压裂过程中的破裂压力,结合现场实际施工情况确认二次裂缝的形成,并分析二次裂缝形成的有利储层条件。通过计算初次裂缝和生产扰动产生的诱导应力场,明确重复压裂前近井地带地应力的分布状态。基于扩展有限元方法,建立多孔介质近井地带重复压裂裂缝扩展模型,考虑多孔介质内应力场与渗流场的耦合作用;分析二次裂缝转向角的主控因素,考虑不同水平应力差、杨氏模量、抗拉强度、初次裂缝形态、割理等对二次裂缝形态的影响。最后进行了重复压裂现场案例分析,深化了对煤岩中水力裂缝扩展的认识。本文通过天然煤岩重复压裂模拟实验和二次裂缝转向扩展数值模拟相结合的方法,揭示了煤岩二次裂缝的形成机理和转向角的主控因素。研究成果对煤岩重复压裂技术改造方案的制定和优化提供了理论依据。
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