CN108612518B - 一种煤层气井径向微井眼钻孔、水力压裂参数的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤层气井的径向微井眼钻孔、水力压裂参数的确定方法，适用于目标煤层上下部为碎裂煤、中部为粉煤，且目标煤层的上下方为隔层的煤体结构，所述煤层气井的井眼轨迹与目标煤层层理面的夹角在0°～20°之间，且处于目标煤层段的井眼轨迹的曲率小于8°/25m；包括：确定水力喷射径向微井眼的钻孔位置，确定水力喷射径向微井眼的钻孔参数与钻孔施工参数和确定水力压裂参数。该确定方法能为煤层气地面压裂开采提供参数指导，提高煤层气单井开采产量。
Description
技术领域
本发明涉及煤层气地面压裂开发领域，具体涉及一种煤层气井径向微井眼钻孔、水力压裂参数的确定方法。
背景技术
水力喷射径向微井眼钻孔技术是根据高压水射流破岩钻孔原理，利用从喷嘴喷出的高速水流射到岩层上通过动能的转化最后打穿岩层形成一个微小井眼孔，该技术已在国内外各大油田开展了广泛的现场试验与应用，并取得了非常好的应用效果。国内方面，水力喷射径向微井眼钻孔技术在辽河油田、大庆油田、吐哈、江苏油田、胜利油田、宝浪油田、华北油田、吉林油田、华东局、冀东油田、华北煤层气分公司等进行了应用，涉及岩性有碳酸岩、砂岩、煤岩、泥页岩、泥质粉砂岩及火山岩多种岩性，主要用途为常规油气井改善注水、老井增产、底水发育井挖潜、煤层气开发。虽然水力喷射径向微井眼钻孔技术进行了大量的现场应用，但是水力喷射径向微井眼钻孔与压裂相结合的机理和参数研究比较少。
常规煤层气井以活性水压裂为主，压裂液粘度非常低，携砂能力差，煤岩压裂过程中，煤层气井压裂具有滤失量大、有效压裂裂缝短、裂缝方向难以控制等特点。而煤层气高产稳产的根本条件为降压范围、解吸范围大，常规压裂井由于有效裂缝短，导致排采后期解吸面积难以扩大，无法最大限度提升单井产量和产能，并且常规水力压裂以射孔完井或者水力喷射射孔完井为主，孔眼直径较小、长度较短，一般射孔孔眼长度在2米以内，压裂过程中容易发生多点起裂，井筒地带形成多条压裂裂缝，加剧了井筒附近的裂缝干扰，压裂裂缝宽度较小，易发生砂堵，增加压裂施工难度。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤层气井径向微井眼钻孔、水力压裂参数的确定方法，为煤层气地面压裂开采提供参数指导，以提高煤层气单井开采产量。
本发明所述的煤层气井的径向微井眼钻孔、水力压裂参数的确定方法，适用于目标煤层上下部为碎裂煤、中部为粉煤，且目标煤层的上下方为隔层的煤体结构，所述煤层气井的井眼轨迹与目标煤层层理面的夹角在0°～20°之间，且处于目标煤层段的井眼轨迹的曲率小于8°/25m；包括：
第一步、确定水力喷射径向微井眼的钻孔位置；
第二步、确定水力喷射径向微井眼的钻孔参数与钻孔施工参数；
第三步、确定水力压裂参数。
确定水力喷射径向微井眼的钻孔位置的步骤包括：
第一步、获取目标煤层上下部碎裂煤、中部粉煤和上下隔层的厚度、孔隙度、渗透率、含气性、弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度和地应力参数。
第二步、利用目标煤层上下部碎裂煤、中部粉煤和上下隔层的厚度、孔隙度、渗透率、弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度、地应力参数，以及设定的水力喷射径向微井眼钻孔长度、施工总液量、施工排量，通过有限元数值模拟方法和损伤力学理论，建立上部和下部碎裂煤层的径向微井眼钻孔压裂裂缝扩展模型，得到上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的一组压裂缝网分布长度和分布宽度，以及下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的一组压裂缝网分布长度和分布宽度。
第三步、改变水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值x-1次，并重复第二步x-1次，得到上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x-1组压裂缝网分布长度和分布宽度，以及下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x-1组压裂缝网分布长度和分布宽度。
第四步、在上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x组压裂缝网分布长度和分布宽度中剔除不符合开采需求的y1组压裂缝网分布长度和分布宽度；在下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x组压裂缝网分布长度和分布宽度中剔除不符合开采需求的y2组压裂缝网分布长度和分布宽度。
第五步、利用上部碎裂煤的厚度、含气性和剩余的上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x-y1组压裂缝网分布长度和分布宽度，通过油藏数值模拟方法，建立上部碎裂煤压裂改造后的产量评价数值模型，得到上部碎裂煤压裂改造后的x-y1个累计产气量，选择其中累计产气量最大的一个，作为上部碎裂煤压裂改造后的最终产气量。
第六步、利用下部碎裂煤的厚度、含气性和剩余的下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x-y2组压裂缝网分布长度和分布宽度，通过油藏数值模拟方法，建立下部碎裂煤压裂改造后的产量评价数值模型，得到下部碎裂煤压裂改造后的x-y2个累计产气量，选择其中累计产气量最大的一个，作为下部碎裂煤压裂改造后的最终产气量。
第七步、判断上部碎裂煤压裂改造后的最终产气量是否大于下部碎裂煤压裂改造后的最终产气量，如果是，则将上部碎裂煤层作为水力喷射径向微井眼的钻孔位置，否则将下部碎裂煤层作为水力喷射径向微井眼的钻孔位置。
所述上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的压裂缝网分布长度和分布宽度，以及下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的压裂缝网分布长度和分布宽度，也能够通过上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度和分布宽度拟合公式计算得到。
其中，上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度拟合公式为：
上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布宽度拟合公式为：
式(1)、(2)中，Dl表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度，Dw表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布宽度；n′1、n′2、n′3、n′4、n′5、n′6为常数，表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度相关系数；a1、b1、c1、d1、e1为常数，表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度函数指数；n"1、n"2、n"3、n"4、n"5、n"6为常数，表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布宽度相关系数；a2、b2、c2、d2、e2为常数，表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布宽度函数指数；L表示水力喷射径向微井眼钻孔长度，Kh表示上部或者下部碎裂煤水平主应力差异系数，
σH-max表示上部或者下部碎裂煤水平最大主应力，σH-min表示上部或者下部碎裂煤水平最小主应力；dc表示上部或者下部碎裂煤厚度，dg表示上隔层或者下隔层厚度，Qt表示施工总液量，Qh表示施工排量，Ec表示上部或者下部碎裂煤弹性模量，Emax为常数，表示目标煤层最大弹性模量。
所述上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度和分布宽度拟合公式，通过如下方式获得：
第一步、利用目标煤层上下部碎裂煤、中部粉煤和上下隔层的厚度、孔隙度、渗透率、弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度、地应力参数，以及设定的水力喷射径向微井眼钻孔长度、施工总液量、施工排量，通过有限元数值模拟方法和损伤力学理论，建立上部和下部碎裂煤层的径向微井眼钻孔压裂裂缝扩展模型，得到上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的一组压裂缝网分布长度和分布宽度，以及下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的一组压裂缝网分布长度和分布宽度。
第二步、改变水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值r-1次，并重复第一步r-1次，得到上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r-1组压裂缝网分布长度和分布宽度，以及下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r-1组压裂缝网分布长度和分布宽度。
第三步、利用r组水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值，以及上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r个压裂缝网分布长度、下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r个压裂缝网分布长度，进行拟合，得到式(1)的上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度拟合公式。
第四步、利用r组水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值，以及上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r个压裂缝网分布宽度、下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r个压裂缝网分布宽度，进行拟合，得到式(2)的上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布宽度拟合公式。
确定水力喷射径向微井眼的钻孔参数的步骤包括：
第一步、获取水力喷射径向微井眼的钻孔位置、中部粉煤和对应隔层的厚度、孔隙度、渗透率、含气性、弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度和地应力参数。
第二步、利用水力喷射径向微井眼的钻孔位置、中部粉煤和对应隔层的厚度、孔隙度、渗透率、弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度、地应力参数，以及设定的水力喷射径向微井眼钻孔数量、钻孔相位角、钻孔方位角、钻孔长度、施工总液量和施工排量，通过有限元数值模拟方法，建立水力喷射径向微井眼的钻孔位置的地应力模型，得到一组反映水力喷射径向微井眼钻孔周围的塑性变形和井眼稳定性的数据。
第三步、改变水力喷射径向微井眼钻孔数量、钻孔相位角、钻孔方位角的设定值m-1次，并重复第二步m-1次，得到m-1组反映水力喷射径向微井眼钻孔周围的塑性变形和井眼稳定性的数据。
第四步、在m组反映水力喷射径向微井眼钻孔周围的塑性变形和井眼稳定性的数据中剔除不符合塑性变形和井眼稳定性要求的f组数据，得到与剩余的m-f组数据对应的m-f组水力喷射径向微井眼钻孔数量、钻孔相位角、钻孔方位角的设定值。
第五步、利用所述地应力模型，获取m-f组水力喷射径向微井眼钻孔方向与微井眼孔壁周围的水平最大主应力方向的夹角，得到m-f组夹角值。
第六步、在m-f组夹角值中剔除大于30°的g组夹角值，得到与剩余的m-f-g组夹角值对应的m-f-g组水力喷射径向微井眼钻孔数量、钻孔相位角、钻孔方位角的设定值。
第七步、利用m-f-g组水力喷射径向微井眼钻孔数量、钻孔相位角、钻孔方位角的设定值，以及水力喷射径向微井眼的钻孔位置、中部粉煤和对应隔层的厚度、孔隙度、渗透率、弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度、地应力参数和设定的水力喷射径向微井眼钻孔长度、施工总液量和施工排量，通过有限元数值模拟方法和损伤力学理论，建立水力喷射径向微井眼的钻孔位置的多钻孔压裂裂缝扩展模型，得到水力喷射径向微井眼的钻孔位置钻多个径向微井眼孔条件下的m-f-g组压裂缝网改造体积。
第八步、改变水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值p-1次，并重复第七步p-1次，得到水力喷射径向微井眼的钻孔位置钻多个径向微井眼孔条件下的(m-f-g)*(p-1)组压裂缝网改造体积。
第九步、利用水力喷射径向微井眼的钻孔位置的厚度、含气性和(m-f-g)*p组压裂缝网改造体积，通过油藏数值模拟方法，建立水力喷射径向微井眼的钻孔位置压裂改造后的产量评价数值模型，得到水力喷射径向微井眼的钻孔位置压裂改造后的(m-f-g)*p个累计产气量。
第十步、选择(m-f-g)*p个累计产气量中的最大值，将与该最大值对应的一组水力喷射径向微井眼钻孔长度、钻孔数量、钻孔相位角、钻孔方位角的设定值作为所述水力喷射径向微井眼的钻孔参数。
在水力喷射径向微井眼的钻孔位置钻多个径向微井眼孔条件下的压裂缝网改造体积，也能够通过水力喷射径向微井眼的钻孔位置的压裂缝网改造体积拟合公式计算得到，该水力喷射径向微井眼的钻孔位置的压裂缝网改造体积拟合公式为：
式(3)中，Vt表示水力喷射径向微井眼的钻孔位置的压裂缝网改造体积，n″′1、n″′2、n″′3、n″′4、n″′5、n″′6为常数，表示水力喷射径向微井眼的钻孔位置的压裂缝网改造体积相关系数；a3、b3、c3、d3、e3为常数，表示水力喷射径向微井眼的钻孔位置的压裂缝网改造体积函数指数；N表示水力喷射径向微井眼钻孔数量；Kh0表示水力喷射径向微井眼的钻孔位置水平主应力差异系数，
σH-max0表示水力喷射径向微井眼的钻孔位置水平最大主应力，σH-min0表示水力喷射径向微井眼的钻孔位置水平最小主应力；dc0表示水力喷射径向微井眼的钻孔位置厚度，dg0表示对应隔层厚度。
所述水力喷射径向微井眼的钻孔位置的压裂缝网改造体积拟合公式，通过如下方式获得：
第一步、利用m-f-g组水力喷射径向微井眼钻孔数量、钻孔相位角、钻孔方位角的设定值，以及水力喷射径向微井眼的钻孔位置、中部粉煤和对应隔层的厚度、孔隙度、渗透率、弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度、地应力参数和设定的水力喷射径向微井眼钻孔长度、施工总液量和施工排量；通过有限元数值模拟方法和损伤力学理论，建立水力喷射径向微井眼的钻孔位置的多钻孔压裂裂缝扩展模型，得到水力喷射径向微井眼的钻孔位置钻多个径向微井眼孔条件下的m-f-g个压裂缝网改造体积。
第二步、改变水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值s-1次，并重复第一步s-1次，得到水力喷射径向微井眼的钻孔位置钻多个径向微井眼孔条件下的(m-f-g)*(s-1)个压裂缝网改造体积。
第三步、利用s组水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值，以及水力喷射径向微井眼的钻孔位置钻多个径向微井眼孔条件下的(m-f-g)*s个压裂缝网改造体积，进行拟合，得到式(3)的水力喷射径向微井眼的钻孔位置的压裂缝网改造体积拟合公式。
依据目标煤层埋深、水力喷射径向微井眼钻孔长度、目标煤层性质等参数，计算水力喷射径向微井眼钻孔过程中的软管摩阻、喷头压耗，结合高压软管承压性能，从而确定水力喷射径向微井眼钻孔施工压力、施工排量等参数。
确定水力压裂参数的步骤包括：
第一步、利用复杂裂缝支撑剂运移与展布评价仪器，进行低粘度压裂液支撑剂运移与展布模拟实验，根据不同粘度条件下的支撑剂运移距离和展布规律，确定煤层气压裂液粘度，确定低温破胶增稠剂的添加量，结合目标煤层敏感性实验测试，确定适合目标煤层的防膨剂，利用表界面张力测试，确定返排剂。
第二步、利用支撑裂缝导流能力测试实验，确定支撑剂的种类、铺砂浓度、组合方式和加量。
第三步、利用水力喷射径向微井眼的钻孔位置、钻孔参数、压裂液参数和支撑剂参数，通过数值模拟方法，建立煤层气井的径向微井眼钻孔压裂数值模型，确定施工总液量和施工排量。
采用本发明描述的方法来确定煤层气井径向微井眼钻孔、水力压裂参数，利用确定的煤层气井径向微井眼钻孔、水力压裂参数来进行煤层气地面压裂开采，提高了煤层气单井开采产量。
附图说明
图1为本发明适用的煤体结构示意图。
图2为本发明适用的煤层气井井型示意图。
图3为本发明的流程图。
图4为压裂缝网分布长度和分布宽度示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
如图1至图4所示，本实施例中的煤层气井的径向微井眼钻孔、水力压裂参数的确定方法，适用于如图1所示的煤体结构，该煤体结构由上隔层1、上部碎裂煤2、中部粉煤3、下部碎裂煤4、下隔层5构成，上部碎裂煤2、中部粉煤3和下部碎裂煤4构成目标煤层，粉煤在压裂过程中塑性变形强，不适合大规模水力压裂改造，一般是在上部碎裂煤层或者下部碎裂煤层上钻径向微井眼孔进行压裂改造，重庆地区的煤体结构就与图1所示的煤体结构相同。
在确定径向微井眼钻孔、水力压裂参数之前，需要确定煤层气井的井型和套管参数，以保证煤层气井井型和套管参数能与水力喷射径向微井眼钻孔工艺以及压裂工艺相适应。
由于水力喷射径向微井眼钻孔技术具有一定的局限性，水力喷射径向微井眼钻孔技术要求煤层气井的井眼轨迹与目标煤层层理面的夹角在0°～20°之间；因此，如果目标煤层倾角小于20°，则煤层气井采用直井6开发，如果目标煤层倾角在20°～65°之间，则煤层气井采用定向井7开发，定向井7沿接近垂直层理面钻进，且处于目标煤层段的井眼轨迹的曲率小于8°/25m。
依据水力喷射径向微井眼钻孔工艺和目标煤层性质，确定套管参数，煤层气井采用单层套管固井，单层套管内径必须大于139.7mm。依据套管承压能力、目标煤层物性以及地应力参数，利用数值模拟方法进行套管和固井水泥环力学分析，明确套管和水泥环变形情况，依据变形情况优化套管厚度、钢级等参数，保证水力喷射径向微井眼钻孔设备能够顺利下入井底并顺利实施作业。该套管参数的确定方式为本领域目前所使用的常规技术。
如图3所示的煤层气井的径向微井眼钻孔、水力压裂参数的确定方法，包括：
第一步、确定水力喷射径向微井眼的钻孔位置。
第二步、确定水力喷射径向微井眼的钻孔参数与钻孔施工参数。
第三步、确定水力压裂参数。
确定水力喷射径向微井眼的钻孔位置的步骤包括：
第一步、对于有钻井取芯的煤层气井，利用覆压孔渗仪或者功能类似的仪器进行围压条件下的孔隙度和渗透率测试，获取上部碎裂煤2、中部粉煤3、下部碎裂煤4的孔隙度和渗透率；利用现场含气性测试仪进行现场含气性测试与分析，获取上部碎裂煤2、下部碎裂煤4的含气性；利用岩石力学测试仪器进行单轴压缩、三轴压缩测试以及巴西劈裂测试，获取上部碎裂煤2、中部粉煤3、下部碎裂煤4、上隔层1和下隔层5的弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度；对于无钻井取芯的煤层气井，利用邻井资料确定目标煤层和相应的隔层物性和力学参数，利用测井曲线解释结果和录井资料，结合目标区域邻井的相关资料，确定上部碎裂煤2、中部粉煤3、下部碎裂煤4、上隔层1和下隔层5的厚度、地应力参数(包括最大、最小水平主应力以及方向)。
第二步、利用上部碎裂煤2、中部粉煤3、下部碎裂煤4的孔隙度、渗透率，上部碎裂煤2、中部粉煤3、下部碎裂煤4、上隔层1和下隔层5的厚度、弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度、地应力参数，以及设定的水力喷射径向微井眼钻孔长度、施工总液量、施工排量，通过有限元数值模拟方法和损伤力学理论，建立上部和下部碎裂煤层的径向微井眼钻孔压裂裂缝扩展模型，得到上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔8条件下的一组压裂缝网分布长度和分布宽度，以及下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔8条件下的一组压裂缝网分布长度和分布宽度。
第三步、改变水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值x-1次，并重复第二步x-1次，得到上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x-1组压裂缝网分布长度和分布宽度，以及下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x-1组压裂缝网分布长度和分布宽度。
第四步、在上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x组压裂缝网分布长度和分布宽度中剔除不符合开采需求的y1组压裂缝网分布长度和分布宽度；在下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x组压裂缝网分布长度和分布宽度中剔除不符合开采需求的y2组压裂缝网分布长度和分布宽度。
第五步、利用上部碎裂煤的厚度、含气性和剩余的上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x-y1组压裂缝网分布长度和分布宽度，通过油藏数值模拟方法，建立上部碎裂煤压裂改造后的产量评价数值模型，得到上部碎裂煤压裂改造后的x-y1个累计产气量，选择其中累计产气量最大的一个，作为上部碎裂煤压裂改造后的最终产气量。
第六步、利用下部碎裂煤的厚度、含气性和剩余的下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x-y2组压裂缝网分布长度和分布宽度，通过油藏数值模拟方法，建立下部碎裂煤压裂改造后的产量评价数值模型，得到下部碎裂煤压裂改造后的x-y2个累计产气量，选择其中累计产气量最大的一个，作为下部碎裂煤压裂改造后的最终产气量。
第七步、判断上部碎裂煤压裂改造后的最终产气量是否大于下部碎裂煤压裂改造后的最终产气量，如果是，则将上部碎裂煤层作为水力喷射径向微井眼的钻孔位置，否则将下部碎裂煤层作为水力喷射径向微井眼的钻孔位置。
另外，上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的压裂缝网分布长度和分布宽度，以及下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的压裂缝网分布长度和分布宽度，也能够通过上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度和分布宽度拟合公式计算得到。
其中，上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度拟合公式为：
上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布宽度拟合公式为：
式(1)、(2)中，Dl表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度，Dw表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布宽度；n′1、n′2、n′3、n′4、n′5、n′6为常数，表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度相关系数；a1、b1、c1、d1、e1为常数，表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度函数指数；n"1、n"2、n"3、n"4、n"5、n"6为常数，表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布宽度相关系数；a2、b2、c2、d2、e2为常数，表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布宽度函数指数；L表示水力喷射径向微井眼钻孔长度，Kh表示上部或者下部碎裂煤水平主应力差异系数，
σH-max表示上部或者下部碎裂煤水平最大主应力，σH-min表示上部或者下部碎裂煤水平最小主应力；dc表示上部或者下部碎裂煤厚度，dg表示上隔层或者下隔层厚度，Qt表示施工总液量，Qh表示施工排量，Ec表示上部或者下部碎裂煤弹性模量，Emax为常数，表示目标煤层最大弹性模量。
而上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度和分布宽度拟合公式是通过如下方式获得：
第一步、利用上部碎裂煤2、中部粉煤3、下部碎裂煤4的孔隙度、渗透率和上部碎裂煤2、中部粉煤3、下部碎裂煤4、上隔层1和下隔层5的厚度、弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度、地应力参数，以及设定的水力喷射径向微井眼钻孔长度、施工总液量、施工排量，通过有限元数值模拟方法和损伤力学理论，建立上部和下部碎裂煤层的径向微井眼钻孔压裂裂缝扩展模型，得到上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的一组压裂缝网分布长度和分布宽度，以及下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的一组压裂缝网分布长度和分布宽度。
第二步、改变水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值r-1次，并重复第一步r-1次，得到上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r-1组压裂缝网分布长度和分布宽度，以及下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r-1组压裂缝网分布长度和分布宽度。
第三步、利用r组水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值，以及上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r个压裂缝网分布长度、下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r个压裂缝网分布长度，进行拟合，得到式(1)的上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度拟合公式。
第四步、利用r组水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值，以及上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r个压裂缝网分布宽度、下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r个压裂缝网分布宽度，进行拟合，得到式(2)的上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布宽度拟合公式。
在确定同一区域的其它煤层气井径向微井眼钻孔、水力压裂参数时，可以直接将其水力喷射径向微井眼钻孔长度L、上部或者下部碎裂煤水平主应力差异系数Kh、上部或者下部碎裂煤厚度dc、上隔层或者下隔层厚度dg、施工总液量Qt、施工排量Qh、上部或者下部碎裂煤弹性模量Ec代入式(1)、式(2)，计算得到对应的上部、下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的压裂缝网分布长度和分布宽度，这种直接计算的方式能节约很多时间，提高工作效率。
确定水力喷射径向微井眼的钻孔参数的步骤包括：
第一步、获取水力喷射径向微井眼的钻孔位置、中部粉煤和对应隔层的厚度、孔隙度、渗透率、含气性、弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度和地应力参数。
第二步、利用水力喷射径向微井眼的钻孔位置、中部粉煤和对应隔层的厚度、孔隙度、渗透率、弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度、地应力参数，以及设定的水力喷射径向微井眼钻孔数量、钻孔相位角、钻孔方位角、钻孔长度、施工总液量和施工排量，通过有限元数值模拟方法，建立水力喷射径向微井眼的钻孔位置的地应力模型，得到一组反映水力喷射径向微井眼钻孔周围的塑性变形和井眼稳定性的数据。
第三步、改变水力喷射径向微井眼钻孔数量、钻孔相位角、钻孔方位角的设定值m-1次，并重复第二步m-1次，得到m-1组反映水力喷射径向微井眼钻孔周围的塑性变形和井眼稳定性的数据。
第四步、在m组反映水力喷射径向微井眼钻孔周围的塑性变形和井眼稳定性的数据中剔除不符合塑性变形和井眼稳定性要求的f组数据，得到与剩余的m-f组数据对应的m-f组水力喷射径向微井眼钻孔数量、钻孔相位角、钻孔方位角的设定值。
第五步、利用所述地应力模型，获取m-f组水力喷射径向微井眼钻孔方向与微井眼孔壁周围的水平最大主应力方向的夹角，得到m-f组夹角值。
第六步、在m-f组夹角值中剔除大于30°的g组夹角值，得到与剩余的m-f-g组夹角值对应的m-f-g组水力喷射径向微井眼钻孔数量、钻孔相位角、钻孔方位角的设定值。
第七步、利用m-f-g组水力喷射径向微井眼钻孔数量、钻孔相位角、钻孔方位角的设定值，以及水力喷射径向微井眼的钻孔位置、中部粉煤和对应隔层的厚度、孔隙度、渗透率、弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度、地应力参数和设定的水力喷射径向微井眼钻孔长度、施工总液量和施工排量，通过有限元数值模拟方法和损伤力学理论，建立水力喷射径向微井眼的钻孔位置的多钻孔压裂裂缝扩展模型，得到水力喷射径向微井眼的钻孔位置钻多个径向微井眼孔条件下的m-f-g组压裂缝网改造体积。
第八步、改变水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值p-1次，并重复第七步p-1次，得到水力喷射径向微井眼的钻孔位置钻多个径向微井眼孔条件下的(m-f-g)*(p-1)组压裂缝网改造体积。
第九步、利用水力喷射径向微井眼的钻孔位置的厚度、含气性和(m-f-g)*p组压裂缝网改造体积，通过油藏数值模拟方法，建立水力喷射径向微井眼的钻孔位置压裂改造后的产量评价数值模型，得到水力喷射径向微井眼的钻孔位置压裂改造后的(m-f-g)*p个累计产气量。
第十步、选择(m-f-g)*p个累计产气量中的最大值，将与该最大值对应的一组水力喷射径向微井眼钻孔长度、钻孔数量、钻孔相位角、钻孔方位角的设定值作为所述水力喷射径向微井眼的钻孔参数。
另外，在水力喷射径向微井眼的钻孔位置钻多个径向微井眼孔条件下的压裂缝网改造体积，也能够通过水力喷射径向微井眼的钻孔位置的压裂缝网改造体积拟合公式计算得到，所述水力喷射径向微井眼的钻孔位置的压裂缝网改造体积拟合公式为：
式(3)中，Vt表示水力喷射径向微井眼的钻孔位置的压裂缝网改造体积，n″′1、n″′2、n″′3、n″′4、n″′5、n″′6为常数，表示水力喷射径向微井眼的钻孔位置的压裂缝网改造体积相关系数；a3、b3、c3、d3、e3为常数，表示水力喷射径向微井眼的钻孔位置的压裂缝网改造体积函数指数；L表示水力喷射径向微井眼钻孔长度，N表示水力喷射径向微井眼钻孔数量；Kh0表示水力喷射径向微井眼的钻孔位置水平主应力差异系数，
σH-max0表示水力喷射径向微井眼的钻孔位置水平最大主应力，σH-min0表示水力喷射径向微井眼的钻孔位置水平最小主应力；dc0表示水力喷射径向微井眼的钻孔位置厚度，dg0表示对应隔层厚度，Qt表示施工总液量，Qh表示施工排量。
而水力喷射径向微井眼的钻孔位置的压裂缝网改造体积拟合公式是通过如下方式获得：
第一步、利用m-f-g组水力喷射径向微井眼钻孔数量、钻孔相位角、钻孔方位角的设定值，以及水力喷射径向微井眼的钻孔位置、中部粉煤和对应隔层的厚度、孔隙度、渗透率、弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度、地应力参数和设定的水力喷射径向微井眼钻孔长度、施工总液量和施工排量，通过有限元数值模拟方法和损伤力学理论，建立水力喷射径向微井眼的钻孔位置的多钻孔压裂裂缝扩展模型，得到水力喷射径向微井眼的钻孔位置钻多个径向微井眼孔条件下的m-f-g个压裂缝网改造体积。
第二步、改变水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值s-1次，并重复第一步s-1次，得到水力喷射径向微井眼的钻孔位置钻多个径向微井眼孔条件下的(m-f-g)*(s-1)个压裂缝网改造体积。
第三步、利用s组水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值，以及水力喷射径向微井眼的钻孔位置钻多个径向微井眼孔条件下的(m-f-g)*s个压裂缝网改造体积，进行拟合，得到式(3)的水力喷射径向微井眼的钻孔位置的压裂缝网改造体积拟合公式。
在确定同一区域的其它煤层气井径向微井眼钻孔、水力压裂参数时，可以直接将其水力喷射径向微井眼钻孔长度L、水力喷射径向微井眼钻孔数量N、水力喷射径向微井眼的钻孔位置水平主应力差异系数Kh0、水力喷射径向微井眼的钻孔位置厚度dc0、对应隔层厚度dg0、施工总液量Qt、施工排量Qh代入式(3)，计算得到对应的水力喷射径向微井眼的钻孔位置钻N个径向微井眼孔条件下的压裂缝网改造体积，这种直接计算的方式能节约很多时间，提高工作效率。
依据目标煤层埋深、水力喷射径向微井眼钻孔长度、目标煤层性质等参数，计算水力喷射径向微井眼钻孔过程中的软管摩阻、喷头压耗，结合高压软管承压性能，从而确定水力喷射径向微井眼钻孔施工压力、施工排量等参数，该技术为本领域目前所使用的常规技术。
确定水力压裂参数的步骤包括：
第一步、确定压裂液参数：利用复杂裂缝支撑剂运移与展布评价仪器，进行低粘度压裂液支撑剂运移与展布模拟实验，根据不同粘度条件下的支撑剂运移距离和展布规律，确定煤层气压裂液粘度，确定低温破胶增稠剂的添加量，结合目标煤层敏感性实验测试，确定适合目标煤层的防膨剂，利用表界面张力测试，确定返排剂。
第二步、确定支撑剂参数：利用支撑裂缝导流能力测试实验，确定支撑剂的种类、铺砂浓度、组合方式和加量。
第三步、利用水力喷射径向微井眼的钻孔位置、钻孔参数、压裂液参数和支撑剂参数，通过数值模拟方法，建立煤层气井的径向微井眼钻孔压裂数值模型，确定施工总液量和施工排量。
Claims (7)
1.一种煤层气井径向微井眼钻孔、水力压裂参数的确定方法，其特征在于，适用于目标煤层上下部为碎裂煤、中部为粉煤，且目标煤层的上下方为隔层的煤体结构，所述煤层气井的井眼轨迹与目标煤层层理面的夹角在0°～20°之间，且处于目标煤层段的井眼轨迹的曲率小于8°/25m；包括：
第一步、确定水力喷射径向微井眼的钻孔位置；
第二步、确定水力喷射径向微井眼的钻孔参数与钻孔施工参数；
第三步、确定水力压裂参数；
其中，确定水力喷射径向微井眼的钻孔位置的步骤包括：
第一步、获取目标煤层上下部碎裂煤、中部粉煤和上下隔层的厚度、孔隙度、渗透率、含气性、弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度和地应力参数；
第二步、利用目标煤层上下部碎裂煤、中部粉煤和上下隔层的厚度、孔隙度、渗透率、弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度、地应力参数，以及设定的水力喷射径向微井眼钻孔长度、施工总液量、施工排量，通过有限元数值模拟方法和损伤力学理论，建立上部和下部碎裂煤层的径向微井眼钻孔压裂裂缝扩展模型，得到上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的一组压裂缝网分布长度和分布宽度，以及下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的一组压裂缝网分布长度和分布宽度；
第三步、改变水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值x-1次，并重复第二步x-1次，得到上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x-1组压裂缝网分布长度和分布宽度，以及下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x-1组压裂缝网分布长度和分布宽度；
第四步、在上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x组压裂缝网分布长度和分布宽度中剔除不符合开采需求的y1组压裂缝网分布长度和分布宽度；在下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x组压裂缝网分布长度和分布宽度中剔除不符合开采需求的y2组压裂缝网分布长度和分布宽度；
第五步、利用上部碎裂煤的厚度、含气性和剩余的上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x-y1组压裂缝网分布长度和分布宽度，通过油藏数值模拟方法，建立上部碎裂煤压裂改造后的产量评价数值模型，得到上部碎裂煤压裂改造后的x-y1个累计产气量，选择其中累计产气量最大的一个，作为上部碎裂煤压裂改造后的最终产气量；
第六步、利用下部碎裂煤的厚度、含气性和剩余的下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x-y2组压裂缝网分布长度和分布宽度，通过油藏数值模拟方法，建立下部碎裂煤压裂改造后的产量评价数值模型，得到下部碎裂煤压裂改造后的x-y2个累计产气量，选择其中累计产气量最大的一个，作为下部碎裂煤压裂改造后的最终产气量；
第七步、判断上部碎裂煤压裂改造后的最终产气量是否大于下部碎裂煤压裂改造后的最终产气量，如果是，则将上部碎裂煤层作为水力喷射径向微井眼的钻孔位置，否则将下部碎裂煤层作为水力喷射径向微井眼的钻孔位置。
2.根据权利要求1所述的煤层气井径向微井眼钻孔、水力压裂参数的确定方法，其特征在于：所述上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的压裂缝网分布长度和分布宽度，以及下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的压裂缝网分布长度和分布宽度，能通过上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度和分布宽度拟合公式计算得到；
其中，上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度拟合公式为：
上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布宽度拟合公式为：
式(1)、(2)中，Dl表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度，Dw表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布宽度；n′1、n′2、n′3、n′4、n′5、n′6为常数，表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度相关系数；a1、b1、c1、d1、e1为常数，表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度函数指数；n"1、n"2、n"3、n"4、n"5、n"6为常数，表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布宽度相关系数；a2、b2、c2、d2、e2为常数，表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布宽度函数指数；L表示水力喷射径向微井眼钻孔长度，Kh表示上部或者下部碎裂煤水平主应力差异系数，
σH-max表示上部或者下部碎裂煤水平最大主应力，σH-min表示上部或者下部碎裂煤水平最小主应力；dc表示上部或者下部碎裂煤厚度，dg表示上隔层或者下隔层厚度，Qt表示施工总液量，Qh表示施工排量，Ec表示上部或者下部碎裂煤弹性模量，Emax为常数，表示目标煤层最大弹性模量。
3.根据权利要求2所述的煤层气井径向微井眼钻孔、水力压裂参数的确定方法，其特征在于，所述上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度和分布宽度拟合公式，通过如下方式获得：
第一步、利用目标煤层上下部碎裂煤、中部粉煤和上下隔层的厚度、孔隙度、渗透率、弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度、地应力参数，以及设定的水力喷射径向微井眼钻孔长度、施工总液量、施工排量，通过有限元数值模拟方法和损伤力学理论，建立上部和下部碎裂煤层的径向微井眼钻孔压裂裂缝扩展模型，得到上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的一组压裂缝网分布长度和分布宽度，以及下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的一组压裂缝网分布长度和分布宽度；
第二步、改变水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值r-1次，并重复第一步r-1次，得到上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r-1组压裂缝网分布长度和分布宽度，以及下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r-1组压裂缝网分布长度和分布宽度；
第三步、利用r组水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值，以及上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r个压裂缝网分布长度、下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r个压裂缝网分布长度，进行拟合，得到式(1)的上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度拟合公式；
第四步、利用r组水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值，以及上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r个压裂缝网分布宽度、下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r个压裂缝网分布宽度，进行拟合，得到式(2)的上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布宽度拟合公式。
4.根据权利要求1至3任一所述的煤层气井径向微井眼钻孔、水力压裂参数的确定方法，其特征在于，确定水力喷射径向微井眼的钻孔参数的步骤包括：
第一步、获取水力喷射径向微井眼的钻孔位置、中部粉煤和对应隔层的厚度、孔隙度、渗透率、含气性、弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度和地应力参数；
第二步、利用水力喷射径向微井眼的钻孔位置、中部粉煤和对应隔层的厚度、孔隙度、渗透率、弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度、地应力参数，以及设定的水力喷射径向微井眼钻孔数量、钻孔相位角、钻孔方位角、钻孔长度、施工总液量和施工排量，通过有限元数值模拟方法，建立水力喷射径向微井眼的钻孔位置的地应力模型，得到一组反映水力喷射径向微井眼钻孔周围的塑性变形和井眼稳定性的数据；
第三步、改变水力喷射径向微井眼钻孔数量、钻孔相位角、钻孔方位角的设定值m-1次，并重复第二步m-1次，得到m-1组反映水力喷射径向微井眼钻孔周围的塑性变形和井眼稳定性的数据；
第四步、在m组反映水力喷射径向微井眼钻孔周围的塑性变形和井眼稳定性的数据中剔除不符合塑性变形和井眼稳定性要求的f组数据，得到与剩余的m-f组数据对应的m-f组水力喷射径向微井眼钻孔数量、钻孔相位角、钻孔方位角的设定值；
第五步、利用所述地应力模型，获取m-f组水力喷射径向微井眼钻孔方向与微井眼孔壁周围的水平最大主应力方向的夹角，得到m-f组夹角值；
第六步、在m-f组夹角值中剔除大于30°的g组夹角值，得到与剩余的m-f-g组夹角值对应的m-f-g组水力喷射径向微井眼钻孔数量、钻孔相位角、钻孔方位角的设定值；
第七步、利用m-f-g组水力喷射径向微井眼钻孔数量、钻孔相位角、钻孔方位角的设定值，以及水力喷射径向微井眼的钻孔位置、中部粉煤和对应隔层的厚度、孔隙度、渗透率、弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度、地应力参数和设定的水力喷射径向微井眼钻孔长度、施工总液量和施工排量，通过有限元数值模拟方法和损伤力学理论，建立水力喷射径向微井眼的钻孔位置的多钻孔压裂裂缝扩展模型，得到水力喷射径向微井眼的钻孔位置钻多个径向微井眼孔条件下的m-f-g组压裂缝网改造体积；
第八步、改变水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值p-1次，并重复第七步p-1次，得到水力喷射径向微井眼的钻孔位置钻多个径向微井眼孔条件下的(m-f-g)*(p-1)组压裂缝网改造体积；
第九步、利用水力喷射径向微井眼的钻孔位置的厚度、含气性和(m-f-g)*p组压裂缝网改造体积，通过油藏数值模拟方法，建立水力喷射径向微井眼的钻孔位置压裂改造后的产量评价数值模型，得到水力喷射径向微井眼的钻孔位置压裂改造后的(m-f-g)*p个累计产气量；
第十步、选择(m-f-g)*p个累计产气量中的最大值，将与该最大值对应的一组水力喷射径向微井眼钻孔长度、钻孔数量、钻孔相位角、钻孔方位角的设定值作为所述水力喷射径向微井眼的钻孔参数。
5.根据权利要求4所述的煤层气井径向微井眼钻孔、水力压裂参数的确定方法，其特征在于：在水力喷射径向微井眼的钻孔位置钻多个径向微井眼孔条件下的压裂缝网改造体积能通过水力喷射径向微井眼的钻孔位置的压裂缝网改造体积拟合公式计算得到；
所述水力喷射径向微井眼的钻孔位置的压裂缝网改造体积拟合公式为：
式(3)中，Vt表示水力喷射径向微井眼的钻孔位置的压裂缝网改造体积，n″′1、n″′2、n″′3、n″′4、n″′5、n″′6为常数，表示水力喷射径向微井眼的钻孔位置的压裂缝网改造体积相关系数；a3、b3、c3、d3、e3为常数，表示水力喷射径向微井眼的钻孔位置的压裂缝网改造体积函数指数；N表示水力喷射径向微井眼钻孔数量；Kh0表示水力喷射径向微井眼的钻孔位置水平主应力差异系数，
σH-max0表示水力喷射径向微井眼的钻孔位置水平最大主应力，σH-min0表示水力喷射径向微井眼的钻孔位置水平最小主应力；dc0表示水力喷射径向微井眼的钻孔位置厚度，dg0表示对应隔层厚度。
6.根据权利要求5所述的煤层气井径向微井眼钻孔、水力压裂参数的确定方法，其特征在于：所述水力喷射径向微井眼的钻孔位置的压裂缝网改造体积拟合公式，通过如下方式获得：
第一步、利用m-f-g组水力喷射径向微井眼钻孔数量、钻孔相位角、钻孔方位角的设定值，以及水力喷射径向微井眼的钻孔位置、中部粉煤和对应隔层的厚度、孔隙度、渗透率、弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度、地应力参数和设定的水力喷射径向微井眼钻孔长度、施工总液量和施工排量，通过有限元数值模拟方法和损伤力学理论，建立水力喷射径向微井眼的钻孔位置的多钻孔压裂裂缝扩展模型，得到水力喷射径向微井眼的钻孔位置钻多个径向微井眼孔条件下的m-f-g个压裂缝网改造体积；
第二步、改变水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值s-1次，并重复第一步s-1次，得到水力喷射径向微井眼的钻孔位置钻多个径向微井眼孔条件下的(m-f-g)*(s-1)个压裂缝网改造体积；
第三步、利用s组水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值，以及水力喷射径向微井眼的钻孔位置钻多个径向微井眼孔条件下的(m-f-g)*s个压裂缝网改造体积，进行拟合，得到式(3)的水力喷射径向微井眼的钻孔位置的压裂缝网改造体积拟合公式。
7.根据权利要求6所述的煤层气井径向微井眼钻孔、水力压裂参数的确定方法，其特征在于，确定水力压裂参数的步骤包括：
第一步、利用复杂裂缝支撑剂运移与展布评价仪器，进行低粘度压裂液支撑剂运移与展布模拟实验，根据不同粘度条件下的支撑剂运移距离和展布规律，确定煤层气压裂液粘度，确定低温破胶增稠剂的添加量，结合目标煤层敏感性实验测试，确定适合目标煤层的防膨剂，利用表界面张力测试，确定返排剂；
第二步、利用支撑裂缝导流能力测试实验，确定支撑剂的种类、铺砂浓度、组合方式和加量；
第三步、利用水力喷射径向微井眼的钻孔位置、钻孔参数、压裂液参数和支撑剂参数，通过数值模拟方法，建立煤层气井的径向微井眼钻孔压裂数值模型，确定施工总液量和施工排量。
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