深部煤岩储层地质力学影响机制及控制因素 -——以鄂尔多斯盆地大吉区块为例
闫霞1
熊先钺1
徐凤银2
喻岳钰1
李曙光1
王峰1
刘敬寿3
冯延青1
唐志潭3
魏振吉1
1.中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司,北京 100095;中石油煤层气有限责任公司,北京 1000282.成都理工大学能源学院(页岩气现代产业学院),四川 成都 610059;成都理工大学油气藏地质及开发工程全国重点实验室,四川 成都 6100593.中国地质大学(武汉)构造与油气资源教育部重点实验室,湖北 武汉 430074
摘要：深部煤层岩石力学特性及微构造、顶底板岩性组合、煤层厚度、夹矸厚度对其应力影响机制不清,制约了差异化气藏工程设计、大规模压裂改造设计参数优化和单井产量的大幅提升.首先,采用三轴抗压试验、巴西劈裂试验、三轴抗剪试验及阵列声波测井曲线,探究静态岩石力学参数单井分布特征;然后,通过差应变试验方法明确研究区煤层、顶底板现今地应力大小;最后,基于力学试验结果,构建三维地质力学模型并开展了不同条件下的应力模拟,以获得不同微构造形态、岩性组合、煤岩厚度和夹矸厚度等因素对深部煤储层的应力影响机制.结果表明:①基于岩石力学试验,研究区深部煤岩样品的煤岩平均弹性模量为 7.19 GPa,平均泊松比为 0.32,平均抗张强度为 2.68 MPa,平均垂向应力为 51.78 MPa,平均最大水平主应力为 43.66 MPa,平均最小水平主应力为 37.57 MPa.②数值模拟表明煤岩微构造、煤层厚度和顶底板岩性组合等对煤岩地应力均有较大影响,在相同顶底板条件下,煤层从正向微构造向负向微构造转变的过程中,煤层最小水平主应力逐渐增大,负向构造部位地应力大于正向和平缓微构造部位,随着煤层与围岩力学性质差异性的增大,煤层地应力呈减小趋势,且减小幅度依次为负向构造>正向构造>平缓区;③鄂尔多斯盆地深层 8号煤的 6种顶底板岩性组合中,顶板灰岩-底板砂岩组合下的煤岩最小水平主应力最小,顶板泥岩-底板泥岩组合下的煤岩最小水平主应力最大,顶底板与煤层力学性质相差越大,煤岩应力值越小;④其他条件相同时,随着煤层厚度的增大,煤岩水平主应力、水平主应力差总体呈增加趋势,厚度变化对厚度小于 4m的薄煤层的应力影响更为敏感,当煤层厚度大于 4～6 m后,水平主应力、水平主应力差增幅趋于平缓,故建议水平井开发的深部煤层厚度下限为 4m;煤层厚度从 2m增大至 10 m,最小、最大水平主应力增幅分别为 12.9%和 23.3%,水平主应力差增幅达 98.3%;⑤夹矸厚度从 0.5 m增至 7m过程中,夹矸所受水平主应力及应力差下降幅度明显,降幅约为 34.1%,当夹矸厚度大于 3m时,夹矸水平主应力、水平主应力差降幅趋于平缓.为深部煤层气开发方案优化设计、工程差异化设计及单井产量差异原因分析等方面,提供了重要的试验和理论指导依据.
关键词：深部煤层气岩石力学地质力学岩性组合微构造夹矸地应力鄂尔多斯盆地
分类号：TE122.14(石油、天然气地质与勘探)
资助基金：国家自然科学基金(42272195)中国石油天然气股份有限公司攻关性应用性科技资助项目(2023ZZ18)中国石油天然气股份有限公司攻关性应用性科技资助项目(2023ZZ18YJ04)
论文发表日期：2025-05-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：17( 2550-2566 )
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