煤田地质与勘探

作者：米洪刚, 吴见, 彭文春, 徐立富, 李勇,

关键词：深部煤层气, 煤−岩组合类型, 力学性质, 地应力, 数值模拟,

目的明确煤力学性质和地应力的分布特征及其对人工裂缝形态和扩展行为的控制机制，对深部煤层压裂设计、井网部署和煤层气资源开发至关重要。方法以鄂尔多斯盆地东缘北部神府区块太原组8+9号煤为研究对象，基于声波测井、密度测井、注入/压降试井和排采资料，系统分析煤层及其顶底板岩层的力学性质和地应力分布特征，揭示力学性质和地应力对水力裂缝的控制机理。结果和结论结果表明：(1) 8+9号煤层与顶底板形成了泥岩−煤−泥岩(占77.4%)、砂岩−煤−泥岩(15.5%)等6种组合。(2) 基于声波和密度测井计算的力学参数显示，煤弹性模量在4.83~13.69 GPa(平均6.28 GPa)，泊松比0.31~0.41(平均0.37)，区域上南北脆性高，中部塑性高。(3) 注入/压降试井计算结果显示，研究区最大水平主应力介于31.11~39.11 MPa，最小水平主应力变化范围为25.78~29.94 MPa；声波测井计算结果显示，垂向应力(平均49.12 MPa)>最大水平主应力(平均39.50 MPa)>最小水平主应力(平均33.80 MPa)，煤层与顶底板最小水平主应力差在0~12.75 MPa。(4) Abaqus和Fracpro PT模拟结果显示，煤弹性模量越大，裂缝高度相对越大，当顶板与煤层的力学强度差较小时防止穿层；煤层水平主应力差增大，容易沿最大水平主应力形成单一裂缝；煤层水平主应力较顶底板水平主应力越小，易在煤层内形成较长、较低、较宽的裂缝，且不易穿层。研究认为实施较大的压裂规模、缝内暂堵技术和控制裂缝净压力等手段是提高神府区块8+9号煤水力压裂效果的主要途径。

来源：2024年第8期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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