[发明专利]一种保持煤岩高渗透率的方法

权利要求书

1.一种保持煤岩高渗透率的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1，基于室内三轴压缩实验，分析煤岩的渗透率随井周应力变化的变化规律，确定井周应力的预设合理范围；

步骤2，基于弹塑性理论，划分煤层气井及其围岩的受力状态分区，建立塑性软化区、弹性区和破坏区的井周应力分析式；

步骤3，根据所述井周应力分析式以及所确定的井周应力的预设合理范围，确定井底压力的控制值域表达式，并代入煤层气井所在地的煤岩实际参数，计算出煤层气井的井底压力的控制范围，使井周应力处于所述的预设合理范围，以提高煤岩的渗透率。

2.根据权利要求1所述的保持煤岩高渗透率的方法，其特征在于，所述井底压力的控制值域表达式包括：

井底压力下限值计算式：

井底压力中间值计算式：

井底压力下限值计算式：

其中，c_r为剩余内聚力，为剩余内摩擦角，p₀为水平地应力，c为内聚力，为内摩擦角；

所述井底压力p_wb的控制范围具体为：

p_wb-min≤p_wb≤p_wb-mid＜min(p₀,p_wb-max)。

3.根据权利要求2所述的保持煤岩高渗透率的方法，其特征在于，所述步骤2中，建立塑性软化区的井周应力分析式包括：

煤层气井忽略体力时的围岩平衡方程为：

式一：

式中：σ_r，σ_θ分别为井周径向应力和切向应力，r为径向坐标；

有孔压时的莫尔-库仑强度条件为：

式二：σθ-α₀p(r,t)＝ξ[σ_r-α₀p(r,t)]+S_c，

其中，α₀为有效应力系数，储层压力为p(r,t)＝p_e-p_kln(r_e/r)，p_k＝(p_e-p_w)/ln(r_e/r)，p_e、p_w和r_e分别为原始储层压力、井底流压和渗流半径，

由式一和式二得：

式三：

其中，C₁为待定常数，ξ₁＝ξ-1，β₀＝ξ₁α₀p_k，β₁＝ξ₁α₀p_e-S_c-β₀ln(r_e)；

设塑性软化区径向应力为设塑性软化区半径为R_f，塑性软化区与塑性硬化区交界面径向应力为p_f，作为边界条件代入式三得：

式四：

解得C₁后代入式三得：

式五：

控制方程组：

式六：

边界条件：

式七：σ_r＝p_f,r＝R_f；

由上述各式求解得塑性软化区的应力分析式：

式八：

4.根据权利要求3所述的保持煤岩高渗透率的方法，其特征在于，所述步骤2中，建立弹性区的井周应力分析式包括：

设塑性区半径R_p，塑性区与弹性区交界面径向应力为p_R，解得围岩弹性区应力为式九：

由式八和式九，得式十：

以及

式十一：

塑性区与弹性区交界处，半径R_p，塑性区与弹性区交界条件为：

式十二：

当r＝R_p，则有：

式十三：

式十四：以及

式十五：

5.根据权利要求4所述的保持煤岩高渗透率的方法，其特征在于，所述步骤2中，建立破坏区的井周应力分析式包括：

在破坏区，煤岩的强度参数取对应的残余强度参数，即c＝c_r,φ＝φ_r，由井边边界条件可得：

式十六：

其中：ξ_1r＝ξ_r-1，β_0r＝ξ_1rα₀p_k，β_1r＝ξ_1rα₀p_e-S_cr-β_0rln(r_e)；

控制方程为：

式十七：

边界条件为：

式十八：σ_r＝p_w,r＝r_w，

其中，r_w为井筒半径；

由

求解得：

式十九：