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第0章 绪论1

0.1 煤层气储量分布状况1

0.1.1 美国2

0.1.2 加拿大3

0.1.3 澳大利亚4

0.1.4 中国5

0.2 煤层气开发利用现状6

0.2.1 美国6

0.2.2 加拿大7

0.2.3 澳大利亚8

0.2.4 中国8

0.2.5 我国煤层气开发面临的问题11

0.2.6 煤层气主要开发技术11

0.3 煤层水力压裂现状13

0.3.1 煤层水力压裂改造需求13

0.3.2 煤层水力压裂工艺技术14

0.3.3 压裂液技术17

0.3.4 支撑剂技术19

0.3.5 裂缝监测技术20

0.4 煤层压裂优化设计研究概述23

0.4.1 压裂裂缝形态研究23

0.4.2 压裂模型研究24

0.4.3 压裂设计软件发展现状25

0.4.4 压裂设计的优化方法25

参考文献26

第1章 煤层气储层基本特性29

1.1 煤储层结构特征29

1.1.1 割理特性29

1.1.2 割理起源33

1.1.3 割理和煤层气34

1.2 煤层气储存、运移及产出特征35

1.2.1 煤层气生成及赋存特征35

1.2.2 煤层气产出机理38

1.3 煤储层物性特征42

1.3.1 煤储层的孔隙特征42

1.3.2 煤储层的渗透特征45

1.3.3 煤储层的基质收缩与应力敏感性47

1.4 煤岩力学特性48

1.4.1 沁水盆地煤岩力学性质48

1.4.2 宁武盆地煤岩力学性质56

1.5 煤层地应力特性60

1.5.1 地应力的影响因素60

1.5.2 煤岩地应力模型62

1.5.3 单因素分析65

1.5.4 黏弹性地应力模型的应用70

1.5.5 煤层分层地应力特征分析73

参考文献75

第2章 煤层气压裂裂缝复杂性78

2.1 水平缝与竖直缝78

2.1.1 煤层水力压裂中的水平缝与竖直缝78

2.1.2 水平缝与竖直缝的形成条件79

2.2 多裂缝81

2.2.1 煤层水力压裂中的多裂缝81

2.2.2 多裂缝的形成条件82

2.3 T型缝86

2.3.1 煤层水力压裂中的T型缝86

2.3.2 T型缝的形成条件87

2.4 煤岩水力压裂物理模拟89

2.4.1 实验设备90

2.4.2 实验方案91

2.4.3 实验步骤92

2.4.4 实验结果93

2.4.5 实验结果分析105

参考文献108

第3章 煤层气压裂经典几何模型110

3.1 二维模型110

3.1.1 PKN模型111

3.1.2 KGD模型113

3.2 拟三维模型114

3.2.1 裂缝几何尺寸的计算公式114

3.2.2 裂缝几何尺寸的计算方法119

3.3 全三维模型121

3.3.1 全三维裂缝扩展模型的基本方程121

3.3.2 基本方程的数值解法125

参考文献127

第4章 煤层气压裂复杂几何模型128

4.1 T型缝模型128

4.1.1 T型缝延伸模型的建立128

4.1.2 T型缝延伸模型的求解136

4.2 多裂缝模型137

4.2.1 多裂缝几何模型的建立137

4.2.2 多裂缝延伸模型的建立139

4.2.3 多裂缝延伸模型的求解144

参考文献147

第5章 煤层气压裂液摩阻分析与支撑剂运移分布149

5.1 煤层气压裂液摩阻分析149

5.1.1 压裂液的流变性149

5.1.2 幂律流体流动过程中的表观黏度计算152

5.1.3 摩阻计算153

5.2 支撑剂沉降规律及其影响因素157

5.2.1 支撑剂单颗粒自由沉降157

5.2.2 支撑剂单颗粒自由沉降速度的修正162

5.2.3 煤层气压裂支撑剂沉降影响因素分析165

5.3 支撑剂运移分布模型168

5.3.1 竖直缝支撑剂运移分布模型169

5.3.2 竖直缝支撑剂输运模型数值解法172

5.3.3 水平缝支撑剂运移分布模型178

5.3.4 水平缝支撑剂浓度数值计算模型181

参考文献182

第6章 煤层气压裂产能分析183

6.1 煤层气压裂产能模拟数学模型183

6.1.1 煤层气的解吸与扩散183

6.1.2 流体连续性方程185

6.1.3 流体渗流方程186

6.1.4 煤岩物性的应力敏感性187

6.1.5 辅助方程188

6.1.6 定解条件188

6.2 煤层气井生产动态分析189

6.2.1 未压裂直井生产动态190

6.2.2 压裂直井生产动态191

6.2.3 未压裂水平井生产动态192

6.2.4 压裂水平井生产动态193

6.2.5 多分支水平井生产动态195

6.3 未压裂直井产能分析195

6.3.1 井距的影响196

6.3.2 储层压力的变化197

6.3.3 储层含气饱和度的变化198

6.3.4 储层气体采收率的变化199

6.4 压裂直井产能分析200

6.4.1 压裂直井几何模型200

6.4.2 煤层气产量的变化200

6.4.3 储层压力的变化202

6.4.4 储层含气饱和度的变化204

6.4.5 储层气体采收率的变化206

6.4.6 物性参数对产能的影响208

6.5 未压裂水平井产能分析212

6.5.1 水平井几何模型212

6.5.2 煤层气产量的变化212

6.5.3 储层压力的变化214

6.5.4 储层含气饱和度的变化215

6.5.5 储层气体采收率的变化216

6.5.6 水平段长度的优选216

6.5.7 布井方位的选择217

6.6 压裂水平井产能分析218

6.6.1 压裂水平井几何模型218

6.6.2 压裂裂缝间距的影响219

6.6.3 裂缝半长的影响228

6.6.4 裂缝参数优化230

6.7 多分支水平井产能分析232

6.7.1 多分支水平井几何模型232

6.7.2 煤层气产量的变化233

6.7.3 储层压力的变化234

6.7.4 储层含气饱和度的变化236

6.7.5 储层气体采收率的变化237

参考文献237

第7章 煤层气压裂经济评价239

7.1 压裂经济评价指标239

7.2 压裂经济评价模型240

7.2.1 统一压裂设计方法240

7.2.2 经济最优化模型241

7.3 压裂经济评价分析242

参考文献247

第8章 煤层气井压裂实践249

8.1 区域地质特征概述249

8.1.1 区域地质概况249

8.1.2 区域构造演化250

8.1.3 煤层分布特征251

8.2 煤储层特征参数的确定252

8.2.1 煤岩物性参数的确定252

8.2.2 煤岩力学参数的确定253

8.2.3 地应力剖面的确定253

8.3 典型区块煤层气开发实践254

8.3.1 沁水盆地南缘254

8.3.2 沁水盆地北缘272

8.3.3 压裂实践小结290

参考文献290