第九章煤储层力学性质.pptVIP

压裂时，在储层中形成何种类型的裂缝，取决于地层中垂直挤聚力和水平挤聚力的相对大小。当Pz＞Px＞Py和Pz＞Py＞Px时，会形成垂直裂缝，此时裂缝的方位取决于两个水平挤聚力Px和Py的大小。1）当Pz＞Px＞Py时，水力压裂产生的裂缝面垂直于Py而平行于Px的方向（图7-7a）；2）当Pz＞Py＞Px时，水力压裂产生的裂缝面垂直于Px而平行于Py的方向（图7-7b）；3）当Px＞Py＞Pz或Py＞Px＞Pz时，将出现水平裂缝（图7-7c）断层、褶皱和天然裂缝等因存在较大构造应力，在地应力中占有很大的比例，对裂缝的形态将产生较大影响，在煤储层中有可能形成斜向裂缝（高角度的垂直裂缝），或复合裂缝（垂直裂缝和水平裂缝都有，或称“T”型裂缝）。因而，在对具有这些特征的煤储层进行压裂改造时，必须对应力场状态加以研究和考虑。思考题：1.概念（1）主要力学参数：抗压强度、弹性模量、泊松比、抗拉强度、抗剪强度、比奥特系数、煤基质收缩系数、体积压缩系数及体积模量、硬度、密度；动态弹性模量与比松比；2.流体的状态方程是什么？3.地应力是由哪些应力构成的？4.煤岩体力学特征及其对压裂效果有何影响？5.多相介质的煤岩力学表现出什么特征？6.煤储层的水力压裂的基本理论依据是什么？7.图示并说明裂缝形态和方位与应力和煤岩体的力学性质有什么关系？研究生作业：通过中外查阅文献完成以下两题：1.试述煤储层力学性质的研究意义和内容；2.图示并说明裂缝形态和方位与应力和煤岩体的力学性质有什么关系？（要求提交查阅的文献和作业电子版）二、水力裂缝形态和方位与地应力和煤岩体的力学性质的关系对于各向同性介质，水力压裂的形态取决于地应力的大小。断裂力学告诉我们，水力压裂所产生的人工垂直裂缝方位，总是平行于最大水平主应力方向，垂直于最小主应力方向。但实验测试表明，煤岩体为非均质各向异性介质，煤岩体垂向抗张强度与水平抗张强度存在着一定的差异，水力压裂的形态还取决于煤岩体的力学性质，即由地应力和煤岩体的抗张强度共同组成的挤聚力的大小。（7-48）式中，Pz、Px、Py—分别为垂直(z)、水平方向（x,y）上的挤聚力；Ptz、Ptx、Pty—分别为垂直(z)、水平方向（x,y）上的抗张强度；x、σy—分别为水平方向（x,y）上的水平应力。图7-7裂缝面与最小主应力的关系图(a)Pz＞Px＞Py，垂直缝；（b）Pz＞Py＞Px，垂直缝；（c）Px＞Py＞Pz或Py＞Px＞Pz，水平缝前苏联AA．Borisewko从煤体孔隙面积与固体骨架的实体面积角度研究了孔隙气压作用下煤体的有效应力。段康廉（1991），赵阳升（1994）先后就煤体在孔、裂隙水压和气压作用下有效应力规律进行了大量实验，实验表明等效孔隙压缩系数是作用于煤体上的体积应力与孔隙压力的双线性函数，他们在围压低于8.0MPa，孔隙压低于5.0MPa条件下，将孔隙压力稳定在某一确定数值（即流体不发生流动），测量孔隙压引起的变形，通过反演拟合而得到，其值变化于0.078～0.88之间。傅雪海（2001）在围压大于8.0MPa，孔隙压高于5.0MPa的条件下测得沁水盆地晋城无烟煤样的Boit系数为0.06和0.04。以上实验均表明系数是一个与应力状态和孔隙压力有关的变量，具有随体积应力增加而减少，随孔隙压力增加而增大的趋势。段康廉（1991），赵阳升（1994）等将孔隙流体对煤体的作用分为类土作用区、压裂作用区、正常作用区和不起作用区四种类型，可见孔隙流体对煤体的作用十分复杂。一、地应力的构成存在于地壳中的内应力称为地应力。主要由重力应力、构造应力、孔隙压力、热应力和残余应力等耦合而成。(1)重力应力：一般称为大地静应力，指由上覆岩层的重量所产生的应力—垂向应力，或指由上覆岩层的重力所引起的水平应力分量。垂向应力可由海姆（A.Heim,1912）公式得出，即：（7-32）式中：σV为垂向应力；ri为某分层岩石密度；hi为某分层厚度；H为上覆地层厚度，为岩层平均密度。重力应力在水平方向产生的应力分量可由金尼克（A.G.Gennik1926）公式得