煤岩体积压裂脆性评价研究

摘 要 ：水力压裂是煤 层气开发的主要手段 ，通过压 裂可 以在 煤层 中形成有效 的甲烷渗流通道 ，而体积压裂不仅能够在煤层
中形成渗流 通道 ，还 能通过复杂裂缝 的切 割增大 甲烷 的解吸扩散面积 ，提高单 井产量。脆性指数是体 积压裂实施评价 的
关键参数 ，因此，基于煤 岩和 页岩的应力 应变曲线 ，借助 应变能 密度 的概念 ，分析 了煤岩和 页岩 的脆 性指数。页岩 的应变
ＨａｉｌｉＰｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｃｏ．．Ｌｔｄ． Ｗｅｉｎａｎ。Ｓｈａａｎｘｉ ７ｌ５１ｏ６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｉｓ ａ ｍａｊｏｒ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｌｂｅｄ ｍｅｔｈａｎｅ（ＣＢＭ）ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｃｈａｎｎｅｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈａｎｅ ｓｅｅｐａｇｅ ｃａｎ ｂｅ ｆｏｒｍｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｓｅａｍｓ ｂｙ ｔｈｉｓ ｍｅａｎｓ．Ｔｈｅ ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｖｏｌｕｍｅ（ＳＲＶ）ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｈｅｌｐ ｔｈｅ ｃｏａｌ
第 ８卷 第 １期
油 气 藏评 价 与 开 发 ＲＥＳＥＲＶＯＩＲ ＥＶＡＬＵＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ
２０ １ ８年 ２月
煤岩体积压裂脆性评价研 究
路艳军 ，杨兆中２ Ｓｈｅｌｅｐｏｖ Ｖ Ｖ ，韩金轩 ，李小冈１ ２韩 威
（１．莫 斯科 国立罗蒙诺索夫大学地质系 ，俄罗斯 莫斯科 １１９９９１；２．西南石油大学油气 藏地质及开发工程 国家重点实验室 ， 四川 成都 ６１０５００；３．陕西海荔石油机械有限公司 ，陕西 渭南 ７１５１０６）
能 密度 与脆 性指 数计算结果表 明，页岩脆 性指数越高，应 变能密度越低 。在页岩脆 性指数的计算方法上 ，结合应变能 密度
与最 小能量原理 ，提 出了煤 岩脆 性指数的计 算方法 ，并通 过修 正得 到了用于表征煤岩脆性破 坏能力和评价煤 层压后产 生
多裂缝能力 的煤岩脆性指数 。最后 ，结合现场 ６口压 裂井 的数据进行 了实例 分析，结果表 明 ，煤岩脆 性指数与单位改造体
积具有强相关性 ，即脆 性指数越高 ，单位压裂 液的煤 层改造体积越大。该方法可 以用于煤岩体 积压裂设 计，指导煤层 气的
开 发 。
关键词 ：体 积压裂 ；煤 岩力学特征 ；应变能密度；脆性指数 ；多裂缝
中 图分 类 号 ：ＴＥ３５７
文 献 标 识 Βιβλιοθήκη ：Ａ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｂｒｉｔｔｌｅｎｅｓｓ ｏｎ ｓｉｍ ｕｌａｔｅｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｖｏｌｕｍ ｅ ｉｎ ｃｏａｌ
Ｌｕ Ｙａｎｊｕｎ ，Ｙａｎｇ Ｚｈａｏｚｈｏｎｇ。，Ｓｈｅｌｅｐｏｖ Ｖ Ｖ ，Ｈａｎ Ｊｍｘｕａｎ ，Ｌｉ Ｘｉａｏｇａｎｇ ａｎｄ Ｈａｎ Ｗｅｉ
（ｉ．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＧｅｏｌｏｇｙ，ＭｏｓｃｏｗＬｏｍｏｎｏｓｏｖＳｔａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｍ ｏｓｃｏｗ １１９９９１．Ｒｕｓｓｉａｎ Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ；２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆ ＯｉｌａｎｄＧａｓＲｅｓｅｒｖｏｉｒＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＥｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＰｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｂｅｎｇｄｕ，Ｓｉｃｈｕａｎ ６１０５００，Ｃｈｉｎａ；３．Ｓｈａａｎｘｉ
ｓｅａｍｓ ｆｏｒｍ ｔｈｅ ｓｅｅｐａｇｅ ｃｈａｎｎｅｌｓ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ—ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ａｒｅａｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈａｎｅ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ ｗｅｌｌ ｂｙ ｆｏｒｍｅｄ ｔｈｅ ｃｏｍ ｐｌｉｃａｔｅｄ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ．Ｔｈｅ ｂｒｉｔｔｌｅｎｅｓｓ ｉｎｄｅｘ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｋｅｙ ｐａｒａｍ ｅｔｅｒｓ ｆｏｒ ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ｔｈｅ ＳＲＶ ｉｍｐｌｅ— ｍｅｎｔ，ｔｈｅｒｅｆ ｏ ｒｅ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｌ ａｎｄ ｓｈａｌｅ，ｉｔ ｉＳ ａｎａｌｙｚｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｈｅｌｐ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｎ—ｅｎｅｒｇｙ ｄｅｎｓｉｔｙ．Ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈｅ ｂｒｉｔｔｌｅｎｅｓｓ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈａｌｅ ｉＳ．ｔｈｅ １ｏｗｅｒ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｎ—ｅｎｅｒｇｙ ｄｅｎｓｉｔｙ ｗｉｌｌ ｂｅ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｔｔｌｅ— ｎｅｓｓ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈａｌｅ．ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｂｒｉｔｔｌｅｎｅｓｓ ｉｎｄｅｘ ｔｈａｔ ｃｏｍｂｉｎｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｎ—ｅｎｅｒｇｙ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｍｉｎｉ ｍｕｍ ｅｎｅｒｇｙ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｂｒｉｔｔｌｅｎｅｓｓ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒ— ｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｂｒｉｔｔｌｅ ｆａｉｌｕｒｅ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｆ ｏｒｍ ａｔｉｏｎ ａｆｔｅｒ ｆ ｒａｃｔｕｒｉｎｇ．Ｆｉｎａｌｌｙ．ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅ． ｓｕｉｔｓ ａｎｄ ｄａｔａ ｏｆ ６ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｗｅｌｌｓ．ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｔｒｏｎｇ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｂｒｉｔｔｌｅｎｅｓｓ ｉｎｄｅｘ ａｎｄ ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ ｖｏｌｕｍ ｅ． ｗｈｉｃｈ ｍｅａｎｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈｅ ｂｒｉｔｔｌｅｎｅｓｓ ｉｎｄｅｘ ｉｓ，ｔｈｅ ｌａｒｇｅｒ ｔｈｅ ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ ｖｏｌｕｍｅ ｏｆ ｕｎｉｔ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｆ ｌｕｉｄ ｉｎ ｔｈｅ ＣＯａｌ ｓｅａｍ ｓ ｗｉｌｌ ｂｅ．Ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ｔｈｅ ＳＲＶ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｓｅａｍｓ ａｎｄ ｇｕｉｄｅ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＢＭ．