煤储层天然裂隙对水力压裂裂缝形态的影响

"本文详细探讨了煤储层天然裂隙系统如何影响水力压裂裂缝的扩展形态，通过分析沁水盆地多个煤矿的井下数据，揭示了天然裂隙与压裂裂缝之间的相互作用。研究发现，煤储层中的天然裂隙依据成因和规模可分为多个类别，对压裂裂缝的形成和扩展有显著影响。一级天然层面裂隙和外生节理是压裂裂缝扩展的主要通道，而次级天然裂隙的作用相对较小。压裂裂缝的四种主要形态——垂直裂缝、水平裂缝、“T”型和倒“T”型裂缝、“工”型裂缝，受多种因素控制，包括顶底板层面裂隙、煤岩类型、构造煤分层、最大主应力以及天然裂隙的方位。提出了压裂裂缝启裂方向与地应力和煤岩结合力的关系，这有助于提高对压裂裂缝形态预测的准确性。" 在煤储层的压裂改造过程中，天然裂隙系统扮演着至关重要的角色。研究者对沁水盆地多个煤矿的21口地面煤层气井进行了深入的井下分析，揭示了天然裂隙与压裂裂缝形态之间的紧密联系。煤储层的天然裂隙系统由不同成因和规模的裂隙组成，如层面裂隙、外生节理、气胀节理、内生裂隙、层理裂隙和微裂隙，这些裂隙根据其规模和导流能力被划分为四级。其中，一级天然层面裂隙和外生节理对压裂裂缝的开启和扩展起主导作用，而次要天然裂隙的作用相对较弱。 压裂裂缝的形态多样，包括垂直裂缝、水平裂缝以及“T”型、倒“T”型和“工”型等复合裂缝。水平裂缝的形成受到顶底板层面裂隙、煤层间层面裂隙以及宏观煤岩类型的控制。垂直裂缝的扩展方向具有选择性，受到最大主应力和天然裂隙的影响。当最大主应力方向与天然裂隙优势方位之间的夹角小于临界夹角时，垂直裂缝倾向于沿煤层的外生节理扩展。 “T”型、倒“T”型和“工”型裂缝等复杂形态则受煤层结构和煤体结构的共同制约。此外，天然裂隙的存在还会影响煤岩的强度，从而影响压裂裂缝的启裂方向。压裂裂缝的初始开启方向被推断为地应力与煤岩结合力之和最小的方向，这一发现对于优化压裂设计和提升压裂效果具有实践意义。 该研究深化了对煤储层压裂裂缝扩展规律的理解，为更精确地预测和控制压裂裂缝形态提供了理论基础，有助于提高裂缝型煤储层的压裂改造效果。关键词涉及煤储层的天然裂隙系统、压裂裂缝的扩展形态以及启裂准则，这些都对于理解和改善煤层气开采效率至关重要。