煤巖儲層中水力裂縫延伸擴展規律研究

李春 陳星 田躍儒

摘要：水力壓裂是煤巖儲層獲得經濟產量的關鍵技術。壓裂過程中，煤層中的天然裂縫會對水力裂縫的延伸造成嚴重影響。根據水力裂縫與天然裂縫相交過程中可能出現的四種破裂方式，基于彈性力學和巖石力學相關理論，建立了相應破裂模式下的裂縫相交作用準則。計算結果認為，裂縫的相交角是控制裂縫延伸模式的最主要參數。

關鍵詞：煤巖儲層；水力壓裂；天然裂縫；裂縫相交作用；延伸準則 文獻標識碼：A

中圖分類號：TE371 文章編號：1009-2374（2016）10-0148-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.10.073

我國的煤層氣具有滲透率低、壓力系數低、裂縫系統發育等特點，為使煤層氣井獲得經濟產量，必須實施水力壓裂等增產措施。在壓裂過程中，天然裂縫會對水力裂縫的擴展產生干擾，造成施工壓力的不穩定變化。

煤巖層中裂縫系統分布不均勻，非均質性較強，裂縫系統的分布位置、形狀特征、發育程度、力學性質等都會對煤層的滲透性和壓裂裂縫的擴展產生影響。國內外學者已針對天然裂縫對水力裂縫擴展的影響進行了一定研究。Blanton等人最早通過實驗分析了水力裂縫延伸過程中與天然裂縫相交的問題，并認為逼近角和水平應力差是決定裂縫走向的主要因素。Warpinski認為在裂縫相交時，天然裂縫更容易發生剪切破裂。楊焦生等采用大尺寸的真三軸試驗系統，模擬了地應力、天然裂縫、隔層及界面性質對沁水盆地煤巖的水力裂縫擴展行為及形態的影響。本文首先分析了煤巖層中天然裂縫的發育情況，然后對裂縫破壞和擴展機理進行了研究，建立了裂縫相交作用破裂準則，該準則為研究煤巖儲層中裂縫相交后，水力裂縫的延伸路徑提供了手段。……