煤层气井排采中煤储层稳定性分析方法与应用——以郑庄区块为例

煤层气井排采过程中,煤储层原始地应力场发生调整,易导致储层失稳破坏,影响煤层气井抽采效率.基于单轴应变模型,考虑基质收缩效应,推导了排采过程中煤储层地应力动态模型,揭示了地应力动态变化规律.此外,建立了排采过程中煤储层稳定性分析模型,提出了煤储层峰值强度与最大主应力的差值(H)作为煤储层稳定评价基本参数,讨论了不同应力机制下地应力动态变化对煤储层稳定性的影响.研究表明:水平主应力在排水降压阶段呈线性降低,在产气阶段受基质收缩效应的影响呈非线性下降,解吸作用越强,下降速率越快.不同应力机制煤储层失稳破坏规律不同.正断层应力机制,排水降压和产气阶段,莫尔圆半径增大,圆心右移,接近破坏包络线,煤储层可能失稳破坏,解吸作用越强,莫尔圆半径增大速率越快,越容易破坏;走滑断层应力机制,排水降压和初始产气阶段,莫尔圆半径不变,向右平移,远离破坏包络线,煤储层稳定性增强,不发生破坏,而稳定产气及衰减阶段,莫尔圆向左平移,靠近破坏包络线,煤储层稳定性减弱,可能失稳破坏;逆断层应力机制,整个排采过程莫尔圆半径不断减小,远离破坏包络线,煤储层稳定性增强,不发生破坏.结合郑庄区块地应力测试井数据,对煤储层稳定性进行了动态评价.郑庄区块实测数据分析表明:排采前,郑庄区块煤储层H多在32-40 MPa,储层稳定性中等,由中部向西北和南部储层稳定性增强,而向西部储层稳定性减弱.排水降压阶段,区块各井H呈线性升高,储层稳定性好或中等;产气阶段各井H加速下降,储层稳定性减弱.当孔隙压力降为0.2 MPa时,区块煤储层稳定性由中部向西部逐渐减弱.郑庄区块排采曲线显示部分煤层气井产气峰值不稳定,持续时间较短,井底压力降到一定值时,日产气快速下降,产出大量煤粉,推测在较低井底压力条件下,煤储层可能发生了剪切破坏.煤层气井合理排采工作制度制定时应重点关注储层的稳定性.