中国矿业大学：鞠　玮——多煤层条件下现今地应力特征与煤层气开发

创新点

（1）利用钻井诱导缝和井壁垮塌，确定了雨旺区块现今地应力方向。

（2）构建了多煤层发育区现今地应力剖面，揭示了不同类型岩石现今地应力分布的差异性。

（3）阐释了现今地应力状态对煤层压裂改造的效应。

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作 者

鞠 玮^1,2,姜 波^1,2,秦 勇^1,2,吴财芳^1,2,李 明^1,2,徐浩然²,王胜宇²

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单 位

1.中国矿业大学 煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室；2.中国矿业大学 资源与地球科学学院

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研究背景

伴随着油气理论的发展和勘探开发的深入进行,煤层气、页岩油气以及致密油气等非常规油气在现有的技术条件下显示出巨大潜力。煤层气全球资源量约为256.3×1012m³,油气资源评价结果显示我国煤层气资源亦较为丰富,据中国矿产资源报告(2017),我国煤层气埋深2000m以浅地质资源量30×1012m³,可采资源量为12.5×1012m³,如何实现煤层气高效开发是目前面临的重要课题。

准确预测一个地区的现今地应力状态不仅有助于非常规油气的勘探开发,而且现今地应力在CO₂地质封存、井壁稳定性评价等方面也具有重要作用。研究表明,现今地应力状态和煤层渗透率是影响煤层气开发的重要地质因素,在煤层气勘探开发过程中,煤层地应力可以通过控制压裂隙形态和扩展方向影响压裂改造效果,并在排采过程中影响煤层渗透率的动态变化。一般高产煤层气区在地质方面表现为高渗透特征,而煤层渗透率的大小受地应力、煤变质程度以及裂隙发育程度及方位等多因素控制。

目前,常用于确定现今地应力状态的方法包括天然地震震源机制解法、钻孔崩落法、钻井诱导缝法、岩石声发射实验法、水压致裂法、测井资料估算法以及数值模拟法等。前期实践证明,基于成像测井资料解译的钻孔崩落法和钻井诱导缝法是现今地应力定量化分析的重要手段,已在国内外诸多盆地和地区得到有效应用。

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摘 要

我国煤层气资源较为丰富,滇东地区是我国长江以南著名的煤层气产区,其内雨旺区块二叠系煤层气资源丰富,具有可观的开发前景。现今地应力状态是影响煤层气勘探开发的重要地质因素,对有效开发煤层气资源具有实践指导意义。但目前对雨旺区块现今地应力的研究仅限于利用注入/压降测试数据开展的地应力大小统计学分析,没有揭示出多煤层发育区不同类型岩石内地应力分布的差异性。

本次研究中,首先通过对成像测井资料的解译,揭示钻井诱导缝和钻孔崩落的发育特征,并基于其与地应力的关系确定雨旺区块现今地应力方向;然后再利用常规测井资料,在注入/压降实测地应力数据约束下,基于Anderson修正模型预测雨旺区块二叠系煤层现今地应力的大小及其分布规律。

结果表明:滇东雨旺区块现今地应力方向整体呈现为近N—S的优势方位;煤层现今地应力大小随着埋藏深度的增加而增大,水平最大主应力(S_Hmax)、水平最小主应力(S_hmin)和垂向主应力(S_v)大小总体上遵循S_Hmax≥S_v>S_hmin的关系,水平应力起主导作用,表现为走滑型应力机制。

在现今地应力场的控制下,雨旺区块内煤储层渗透性随有效地应力的增大而变差,煤层内走向为330°~150°的割理对煤层气开发贡献更大。走滑型应力机制会造成煤层压裂改造后形成的压裂缝沿垂向扩展。另外,雨旺区块煤层内水平应力差相对较小,一般在6MPa左右,据此推测可在煤层内形成复杂压裂缝系统。本次研究量化分析了雨旺区块现今地应力状态,其结果可以为滇东雨旺区块煤层气勘探开发提供有益的现今地应力成果参考。

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部分图片

滇东-黔西地区残留聚煤盆地分布^[21]

滇东老厂盆地及雨旺区块构造纲要

滇东雨旺区块二叠系长兴组与龙潭组地层柱状

地应力机制类型^[26]

钻孔崩落、诱导缝与现今地应力方向之间的关系^[18]

滇东雨旺区块钻井诱导缝成像测井解译

滇东雨旺区块水平最大主应力方位玫瑰花图(n=208)

滇东雨旺区块二叠系长兴组和龙潭组现今地应力剖面

雨旺区块煤储层渗透率与有效水平最小主应力关系

不同地应力条件下煤层中压裂缝扩展模式^[26]

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作者简介

鞠玮，男，1988年1月1日生，山东临沂人，博士，副教授，硕士生导师，中国矿业大学优秀青年骨干教师，澳大利亚昆士兰大学访问学者。担任《煤炭学报》科学编辑、《煤炭科学技术》青年编委、Journal of Environmental and Earth Sciences期刊编委，是《煤炭学报》、AAPGBulletin等国内外主流学术期刊的审稿专家；第一作者发表学术论文36篇，授权中国发明专利5项，获软件著作权1项，出版专著2部。

研究方向

非常规油气储层地质力学

主要成果

致力于非常规油气储层现今地应力、天然裂缝系统以及岩石力学等领域研究，取得多项创新性研究成果，形成了现今地应力场预测技术、储层裂缝预测与评价技术，为非常规油气高效勘探开发提供了有力的技术支持。

来源：

鞠玮,姜波,秦勇,等.多煤层条件下现今地应力特征与煤层气开发[J].煤炭学报,2020,45(10):3492-3500.

JU Wei,JIANG Bo,QIN Yong,et al. Characteristics of present-day in-situ stress field under multi-seam condtions:Implications for coalbed mthane development[J]. Journal of China Coal Society,2020,45(10):3492-3500.

责任编辑：韩晋平

编辑整理：郭晓炜

审核：常 琛

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