[发明专利]一种基于地质强度指标的滤失系数的确定方法

说明书

技术领域

本发明属于煤矿安全生产技术领域，尤其涉及一种基于地质强度指标的滤失系数的确定方法。 

背景技术

渗透率是储层重要参数，传统的获取手段包括地震、岩芯分析、测井和试井等，主要弊端是费时，费用昂贵，测试结果易受多种因素影响，对非均质性强的煤储层来说，测试结果不具有代表性。煤储层渗透率的大小关系到地面煤层气开发的成败和井下瓦斯治理措施，鉴于煤储层的非均质性强，渗透率差别大，尤其受煤体结构的控制，传统的室内采样模拟和范围有限的试井所测渗透率无法代表储层渗透率的变化趋势，如何快速跟踪评估储层渗透率就显得尤为重要。 

煤层气地面井大都采用水力压裂进行储层增透，滤失系数是关系到施工排量、裂缝扩展和延伸、压裂半径、压裂液用量等的重要参数，因此必须在施工前进行计算。煤矿井下水力强化措施，包括水力压裂、水力割缝或者冲洗卸压等措施，也与滤失系数有重要关系，因此如何快速的求取滤失系数是水力压裂成功关键。 

可见，如何建立煤体结构—渗透率—滤失系数三者联系是解决上述技术问题的核心。 

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种针对煤储层渗透率不均匀，如何快速解决地面煤层气井水力压裂和煤矿井下水力强化的基于地质强度指标的滤失系数的确定方法。 

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于地质强度指标的滤失系数的确定方法，依次包括以下步骤： 

（1）、在一个煤层气开发区块或者一个矿井，通过地面煤层气井或者煤矿井下采集有代表性的煤样；

（2）、在实验室内将煤样制成标准的煤芯；

（3）、把每个煤芯与煤体结构模板进行比对，确定地质强度指标的值，并在渗透仪上测试每个煤芯的渗透率k，通过统计回归分析得到函数关系式k=f（GSI）；

（4）、对煤层气井内的煤层段进行取样或者直接在煤矿井下观测煤壁，获取煤储层的煤体结构，并与煤体结构模板对比，确定煤储层的GSI值；

（5）、把煤储层的GSI代入步骤（3）中的函数关系式k=f（GSI）中得到储层渗透率k；

（6）、将渗透率k=f（GSI）带入传统的滤失系数计算公式，即可得到该煤储层基于地质强度指标的滤失系数。

所述步骤（1）中所采集的煤样的煤体结构为碎粒煤或者糜棱煤，在步骤（2）中无法采用传统的切割和抛光方法制成煤芯时，根据密度相等原则压制成模拟煤芯。 

所述步骤（2）中标准煤芯的尺寸为直径为50mm、长度为50mm或100mm的圆柱形结构。 

岩体力学中的地质强度指标（GSI）值的确定主要有两个基本参数：岩块的块度和不连续面的状况。煤是岩石的特例，煤体结构反映的是煤的整体性，形成于地质历史并受目前采动影响，外生裂隙和割理均属于不连续面，而被切割的基质块则对应于岩体分类中的块度，两者实质相通，这是引用GSI岩体分类体系来评价煤体结构的基础。但由于煤层埋藏较深，几乎都未遭受风化，因此风化状况无法反映煤体结构，修改的结果参见图1（煤体结构模板），从而建立煤体结构定量表征方法。根据图1（注：图1中斜线上的数值即为GSI取值，“N/A”表示在这个范围内不适用。）可以对煤体结构进行定量划分，避免了传统三分或四分定性划分方法。通过室内试验，可以建立煤体结构GSI与渗透率k的函数关系式，然后在煤层气井内的煤层段进行取样或者直接在煤矿井下观测煤壁，获取煤储层的煤体结构，并与煤体结构模板对比，确定煤储层的GSI值，将煤储层的GSI值带入上面函数关系式中得到k值。 

压裂液粘度引起的滤失系数C₁为： 

                           ①

式中：C₁—滤失系数，m/min^1/2；△p—缝内外压差，MPa；φ—地层孔隙度，小数；μ_a—压裂液视粘度，mPa.s。

地层流体及地层体积压缩性引起的滤失系数C₂： 

                        ②