煤层气水平井穿层压裂研究：裂缝扩展与影响因素

"煤层气水平井穿层压裂裂缝扩展机理" 本文主要探讨了煤层气水平井穿层压裂技术的裂缝扩展机理，这是为了在实际操作中提供坚实的理论基础。研究采用大尺寸真三轴测试系统，通过模拟实验来分析地应力、天然裂缝以及岩石弹性模量等因素如何影响水力裂缝的形成和发展。 首先，研究指出，在选择煤层气开发的地层时，应优先考虑垂向应力与最大水平应力差较大的区域（至少5 MPa）。这样的地层条件有利于水力裂缝的形成，因为较大的应力差能导致更大的裂缝开启宽度，从而提高煤层气的开采效率。 其次，弹性模量对水力裂缝扩展有显著影响。在高弹性模量的岩层中，裂缝内的压力更高，这会促使裂缝进一步扩展，增强压裂效果。这意味着在弹性模量较高的地质条件下，压裂液可以更有效地驱动裂缝增长，增加气体的释放路径。 再者，天然裂缝的存在对水力裂缝扩展的影响非常复杂。它不仅与裂缝的逼近角有关，还与天然裂缝的宽度和注入到水力裂缝中的压力密切关联。当水力裂缝内注入压力较低（如10 MPa）且天然裂缝较宽（如0.05 mm）时，水力裂缝容易受到天然裂缝的影响，两者交汇后，裂缝会沿着天然裂缝的方向继续扩展。相反，如果注入压力较高（如30 MPa），天然裂缝对水力裂缝扩展的影响就会减弱，裂缝可能更多地按照自身方向发展，而不是沿着原有的天然裂缝。 这项研究揭示了在煤层气水平井穿层压裂过程中，地应力、岩石物理特性（如弹性模量）和天然裂缝状态是决定压裂效果的关键因素。这些发现对于优化压裂设计，提高煤层气开采效率具有重要意义，同时也为未来的现场实践提供了重要的理论指导。通过深入理解这些因素，工程师可以更精确地预测和控制压裂过程，减少不必要的成本，提高能源的可持续性开采。