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摘 要：为解决我国煤层透气性低，瓦斯抽采难度大的问题，水力压裂技术受到越来越广泛的重视。而压裂施工曲线是在压裂时地面所得到的最全面的、最及时压裂施工情况的真实反应，因此确定裂缝的延伸规律和煤储层的滤失特性，应用压裂施工过程和停泵后，裂缝内的流动方程和连续方程，结合裂缝几何参数计算模型，即可确定裂缝几何参数和压裂液效率等參数。
关键词：瓦斯;水力压裂;压力曲线;穿层钻孔
随着我国经济快速发展，对煤炭的需求量也迅速增加，煤炭产能与服务年限也大大提升与延长。然而随着矿井开采深度的增加，地应力增大，煤储层渗透率越来越低，瓦斯抽采越来越困难。我国煤矿95%以上的高瓦斯矿井与瓦斯突出矿井的煤层透气性极低，透气性系数通常只达到40×（10-3～10-4） m2/（MPa·d）[1]，说明瓦斯抽采难度很大，因此解决好瓦斯抽采的难题，对保障我国矿工安全，维持煤矿行业健康发展都有着重要作用。
目前利用水力压裂技术[2]可以使煤层中的裂隙贯通，增加煤层的透气性，提高抽放效果，能够很好的消除工作面的突出危险性，并且减少了瓦斯向大气中的排放量，保护了环境，抽出的瓦斯又能加以利用，变废为宝，实现双能源开采。水力压裂技术是提高煤储层透气性、油气井增产、注水井增注的一项重要技术手段，因此广泛应用于采矿工程、油藏工程、测井工程等多门学科，在相关领域取得了显著效果，具有良好的推广应用价值。水力压裂技术关键在于施工设计，同时要对压裂施工效果做出准确全面的监测。
1 裂缝的几何模型
在水力压裂过程中，裂缝的形态主要是由地应力和岩石性质所决定的，水力压裂在长、宽、高三个方向破裂及延伸，流体在也在三个方向上流动。但由于垂直缝的上下界往往受到顶底板的限制，因此缝高在一个区域内可认为是恒定不变的。这样就可以把问题简化成在缝长和缝宽的二维破裂。典型的二维模型有PKN模型、KGD模型和Radial模型[3]。
（1）PKN模型：当上下围岩的破裂强度明显大于煤层，并且煤层与顶底板岩石交界处连续性强，在交界处没有相对滑动，裂缝高度恒定，为煤层厚度，裂缝横截面呈椭圆形，水平剖面为抛物线形，称之为恒高椭圆截面缝。
（2）KGD模型：当上下围岩的破裂强度也明显大于煤层，但煤层与顶底板岩石交界处连续性弱，裂缝虽不能突破上下围岩，但在交界处两缝面产生相对滑动，裂缝高度恒定，为煤层厚度，裂缝横截面呈矩形，称之为恒高矩形截面缝。
（3）Radial模型：Radial模型属于水平裂缝模型，认为水平裂缝以井轴为中心呈圆盘形。一般在浅井条件下垂向应力小于水平应力的时候形成水平裂缝，应用此模型。
2 裂缝模型诊断
裂缝模型不仅受到完井方式、压裂时间的影响，还受到储层顶底板及其应力状况的影响，因此在压裂施工分析中，必须先建立模型参数与净压力的关系，再进行裂缝模型诊断[5]。
2.1 模型参数与井底净压力的关系
注入期间压力与模型参数关系式由裂缝可塑性方程、流体渗流方程和物质平衡方程联立求解可得：
2.2 井底净压力与时间的关系式
通过对裂缝延伸上限（压裂液效率=1，即没有滤失）和裂缝延伸下限（压裂液效率=0，即全部滤失）的分析，可以得出施工过程中井底净压力随时间的变化关系：
2.3裂缝模型诊断
根据（2）式可知，若将井底净压力与时间的数据做成双对数图，无论当前的裂缝属于哪一种模型，都将呈现直线关系。由（4）式又可知不同模型对应不同斜率。因此就可根据图中的直线斜率值来判断当期裂缝属于哪种模型。
3 典型压裂压力分析
压裂曲线是施压过程中施工泵压、排量和混砂比随时间变化的曲线图，压裂曲线中，核心是压力曲线，它直接反映了施工过程地层是否破裂和裂缝延伸情况，若出现异常，及时调整施工参数并采取相应的措施，安全优质的完成压裂施工。
在众多的压力曲线中，通过前人对加砂施工过程中曲线类型的研究，大体归为稳定型、波动型、上升型和下降型[4]具体解释如下.
（1）线段I：正斜率很小的线段（0.125～0.200之间），说明裂缝受地层渗透性差、地层薄，使裂缝在高度方向延伸受阻，沿水平方向延伸缓慢。
（2）线段II：曲线斜率为0，此类曲线可能是因为地层滤失量增加造成，压开新裂缝或者天然微裂缝张开增加了滤失量，使注入液体与滤失量持平，缝长得不到延伸。
（3）线段III：斜率近似1，压力正比例时间，也就是压力的增量比例与注入液体体积的增量，说明裂缝端部受阻，缝内压力急剧上升。
（4）线段IV：在P-t双对数曲线中斜率为负值，说明裂缝穿过地应力层，裂缝在垂向延伸，或者沟通了天然裂缝。
（5）线段V：压力曲线上下波动，分析认为受低层物性特征的影响，说明了同一地层物性的严重非均质行。
参考文献
[1]国家发展和改革委员会，国家能源局.煤层气（煤矿瓦斯）开发利用“十二五”规划[R].2012：1-5
[2]欧阳振华，齐庆新，张寅等.水压致裂预防冲击地压的机理与实验[J].煤炭学报，2011，36（S2：）：321-325
[3]王艳丽.压裂压力曲线解释方法研究[D].北京：中国石油大学，2007
[4]黄月明，练以锋.压裂施工动态曲线及特征分析[J].油气井测试，2002，11（4）：52-55
关键词：瓦斯;水力压裂;压力曲线;穿层钻孔
随着我国经济快速发展，对煤炭的需求量也迅速增加，煤炭产能与服务年限也大大提升与延长。然而随着矿井开采深度的增加，地应力增大，煤储层渗透率越来越低，瓦斯抽采越来越困难。我国煤矿95%以上的高瓦斯矿井与瓦斯突出矿井的煤层透气性极低，透气性系数通常只达到40×（10-3～10-4） m2/（MPa·d）[1]，说明瓦斯抽采难度很大，因此解决好瓦斯抽采的难题，对保障我国矿工安全，维持煤矿行业健康发展都有着重要作用。
目前利用水力压裂技术[2]可以使煤层中的裂隙贯通，增加煤层的透气性，提高抽放效果，能够很好的消除工作面的突出危险性，并且减少了瓦斯向大气中的排放量，保护了环境，抽出的瓦斯又能加以利用，变废为宝，实现双能源开采。水力压裂技术是提高煤储层透气性、油气井增产、注水井增注的一项重要技术手段，因此广泛应用于采矿工程、油藏工程、测井工程等多门学科，在相关领域取得了显著效果，具有良好的推广应用价值。水力压裂技术关键在于施工设计，同时要对压裂施工效果做出准确全面的监测。
1 裂缝的几何模型
在水力压裂过程中，裂缝的形态主要是由地应力和岩石性质所决定的，水力压裂在长、宽、高三个方向破裂及延伸，流体在也在三个方向上流动。但由于垂直缝的上下界往往受到顶底板的限制，因此缝高在一个区域内可认为是恒定不变的。这样就可以把问题简化成在缝长和缝宽的二维破裂。典型的二维模型有PKN模型、KGD模型和Radial模型[3]。
（1）PKN模型：当上下围岩的破裂强度明显大于煤层，并且煤层与顶底板岩石交界处连续性强，在交界处没有相对滑动，裂缝高度恒定，为煤层厚度，裂缝横截面呈椭圆形，水平剖面为抛物线形，称之为恒高椭圆截面缝。
（2）KGD模型：当上下围岩的破裂强度也明显大于煤层，但煤层与顶底板岩石交界处连续性弱，裂缝虽不能突破上下围岩，但在交界处两缝面产生相对滑动，裂缝高度恒定，为煤层厚度，裂缝横截面呈矩形，称之为恒高矩形截面缝。
（3）Radial模型：Radial模型属于水平裂缝模型，认为水平裂缝以井轴为中心呈圆盘形。一般在浅井条件下垂向应力小于水平应力的时候形成水平裂缝，应用此模型。
2 裂缝模型诊断
裂缝模型不仅受到完井方式、压裂时间的影响，还受到储层顶底板及其应力状况的影响，因此在压裂施工分析中，必须先建立模型参数与净压力的关系，再进行裂缝模型诊断[5]。
2.1 模型参数与井底净压力的关系
注入期间压力与模型参数关系式由裂缝可塑性方程、流体渗流方程和物质平衡方程联立求解可得：
2.2 井底净压力与时间的关系式
通过对裂缝延伸上限（压裂液效率=1，即没有滤失）和裂缝延伸下限（压裂液效率=0，即全部滤失）的分析，可以得出施工过程中井底净压力随时间的变化关系：
2.3裂缝模型诊断
根据（2）式可知，若将井底净压力与时间的数据做成双对数图，无论当前的裂缝属于哪一种模型，都将呈现直线关系。由（4）式又可知不同模型对应不同斜率。因此就可根据图中的直线斜率值来判断当期裂缝属于哪种模型。
3 典型压裂压力分析
压裂曲线是施压过程中施工泵压、排量和混砂比随时间变化的曲线图，压裂曲线中，核心是压力曲线，它直接反映了施工过程地层是否破裂和裂缝延伸情况，若出现异常，及时调整施工参数并采取相应的措施，安全优质的完成压裂施工。
在众多的压力曲线中，通过前人对加砂施工过程中曲线类型的研究，大体归为稳定型、波动型、上升型和下降型[4]具体解释如下.
（1）线段I：正斜率很小的线段（0.125～0.200之间），说明裂缝受地层渗透性差、地层薄，使裂缝在高度方向延伸受阻，沿水平方向延伸缓慢。
（2）线段II：曲线斜率为0，此类曲线可能是因为地层滤失量增加造成，压开新裂缝或者天然微裂缝张开增加了滤失量，使注入液体与滤失量持平，缝长得不到延伸。
（3）线段III：斜率近似1，压力正比例时间，也就是压力的增量比例与注入液体体积的增量，说明裂缝端部受阻，缝内压力急剧上升。
（4）线段IV：在P-t双对数曲线中斜率为负值，说明裂缝穿过地应力层，裂缝在垂向延伸，或者沟通了天然裂缝。
（5）线段V：压力曲线上下波动，分析认为受低层物性特征的影响，说明了同一地层物性的严重非均质行。
参考文献
[1]国家发展和改革委员会，国家能源局.煤层气（煤矿瓦斯）开发利用“十二五”规划[R].2012：1-5
[2]欧阳振华，齐庆新，张寅等.水压致裂预防冲击地压的机理与实验[J].煤炭学报，2011，36（S2：）：321-325
[3]王艳丽.压裂压力曲线解释方法研究[D].北京：中国石油大学，2007
[4]黄月明，练以锋.压裂施工动态曲线及特征分析[J].油气井测试，2002，11（4）：52-55