高煤阶煤样水力压裂前后应力-渗透率试验研究

煤储层水力压裂是提高煤层气井产量的关键技术，水力压裂前后煤储层渗透率的变化反映了煤储层压裂改造效果。采用山西晋城矿区寺河煤矿二叠系山西组3号煤层高煤阶试样，通过柱型煤样水力压裂前后渗透率试验对比分析，测试了4个高煤阶煤样水力压裂前后渗透率分布特征，揭示了水力压裂前后煤样渗透率随应力的变化规律和控制机理。结果表明，在围压和轴压恒定条件下，煤样孔隙压力随注入压力增大逐渐增高；当注入压力大于破裂压力时，煤样发生破裂，煤样的破裂压力随围压的增加呈线性增大的规律。在注入压力相同的情况下，随着围压和轴压的增大，有效应力增高，水力压裂前后煤样渗透率随有效应力的增大呈指数函数关系减小，且压裂后的渗透率要明显大于压裂前的渗透率。采用煤储层渗透率改善率来评价围压下煤样水力压裂增渗效果，4个试验煤样渗透率改善率随有效应力的增高呈指数函数关系增大，但随围压的增大，渗透率改善率提升幅度逐渐降低。煤储层的渗透性主要取决于煤中裂隙发育程度和裂隙开度的大小，裂缝储层的渗透率的大小与裂缝张开度的3次方成正比例关系。水力压裂后裂缝平均长度、裂缝孔隙度和裂缝开度增幅分别为70.81%～253.25%、171.88%～383...