郭天魁 王云鹏 陈 铭 胡 毅 吴飞鹏 刘晓强 曹金豪

1. 中国石油大学（华东）石油工程学院 2. 北京易联结科技发展有限公司

0 引言

我国华北东部、华南、西南，以及鄂尔多斯盆地广泛分布碎软煤层，煤层气资源丰富[1-4]。该类煤层物性差，孔隙度和渗透率低[5]，开发难度大[6-9]，需进行压裂才可实现开发。由于煤层强度低、易破碎的特点，在煤层内钻孔、压裂，导致钻井液污染煤层，井壁坍塌，不利于后续压裂改造。顶板压裂煤层[10]为软煤层煤层气开发提供了新思路。该技术在煤层顶板进行压裂，通过裂缝的垂向穿层扩展实现对煤层的压裂改造。借鉴页岩气大规模压裂改造思路，煤层顶板压裂也开展了水平井分段多簇压裂理论研究和应用[11-12]。研究煤层顶板水平井压裂裂缝扩展规律及工艺适应性条件，是当前顶板压裂亟需解决的理论和工程问题。

目前国内外已开展了煤层顶板压裂或穿层压裂的相关理论及现场试验研究。相关研究集中在压裂施工参数以及射孔参数对裂缝穿层的影响[13-14]、煤层顶板水平井开发技术优化[15-16]、煤层或煤层顶板起裂压力研究[17-18]、煤层不同顶板岩石的性质相关研究[19]、煤岩力学参数对支撑剂嵌入的影响[20-21]等方面。然而，目前适合顶板水平井压裂的有利地质条件研究国内外还鲜有报道，准确设计水平井离煤层顶面距离、簇间距等缺乏理论依据。

针对上述问题，在平面三维多裂缝扩展模型[22]基础上，同时考虑层间垂向断裂韧性与滤失非均质性，建立了煤层顶板水平井分段多簇压裂裂缝扩展数学模型。……