頁巖儲層水平井多簇橫向水力裂縫起裂和擴展規(guī)律研究.pdf

1、在當(dāng)前我國對天然氣需求不斷加大、大力倡導(dǎo)“綠色發(fā)展”和北美“頁巖氣革命”的背景下，頁巖氣以逐漸成為我國天然氣開發(fā)的熱點，其高效開發(fā)對于調(diào)整能源結(jié)構(gòu)和保障能源安全具有重要的意義。頁巖儲層孔隙度小、滲透率差和非均質(zhì)性強等特點，只有對儲層進行壓裂改造，形成復(fù)雜的體積縫網(wǎng)，才能提高氣體產(chǎn)能。而當(dāng)前無法對深部地層水力裂縫起裂擴展和裂縫形態(tài)特征有效觀察，致使壓裂施工過程中裂紋擴展形態(tài)動態(tài)調(diào)控和壓裂效果評價等技術(shù)有待提高。本文針對上述問題，開展了儲層

2、巖芯分析、室內(nèi)常規(guī)力學(xué)實驗、室內(nèi)大型物理模擬試驗和數(shù)值模擬研究，研究工作具體包括如下幾方面：
　　(1)通過X射線衍射和SEM電鏡掃描分析頁巖的礦物成分和微觀結(jié)構(gòu)特征，結(jié)果表明：頁巖各小層的脆性指數(shù)在55-76％之間，平均值為66%，儲層脆性較高，適合壓裂改造；頁巖內(nèi)部礦物顆粒間沒有明顯大孔隙存在，膠結(jié)良好，孔隙度較小，自身具有的層狀結(jié)構(gòu)和層狀薄片礦物黃鐵礦的存在，是頁巖表現(xiàn)出明顯各向異性的根源。
　　(2)通過對不同小層的

3、頁巖進行單軸和三軸壓縮實驗，認(rèn)識了小層頁巖之間的物理力學(xué)性質(zhì)差異，結(jié)果表明：單軸壓縮下各小層的頁巖的應(yīng)力-應(yīng)變曲線均表現(xiàn)出顯著的脆性特征，各小層頁巖脆性都隨圍壓增加而逐漸減弱；從縱向由上往下看各小層頁巖，儲層的楊氏模量和泊松逐漸變大和變小，儲層脆性逐步增大。
　　(3)開展室內(nèi)水平井水力壓裂物理模擬試驗研究，通過預(yù)制的環(huán)向割縫的方法，實現(xiàn)了單簇和雙簇橫向水力裂縫的起裂和擴展。通過聲發(fā)射定位監(jiān)測、泵壓曲線分析和試樣壓后剖切分析等手段

4、，建立了識別水力裂縫起裂和破裂的方法，將凈壓曲線分為：增壓階段、水力裂縫起裂和擴展階段和裂縫滲流階段；總結(jié)不同排量和簇間距下橫向水力裂縫形態(tài)特征和擴展特征(分叉、轉(zhuǎn)向和斷續(xù)擴展)，監(jiān)測到聲發(fā)射事件空間分布和試樣的水力裂縫的最終展布有較好的一致性；提出了頁巖儲層中多簇水力裂縫的形態(tài)模型，將其分為：裂縫連通區(qū)、近井裂縫區(qū)、遠(yuǎn)井裂縫區(qū)和簇間裂縫干擾區(qū)4個特征區(qū)域。
　　(4)根據(jù)焦石壩地區(qū)頁巖氣藏的儲層特性和地應(yīng)力條件，建立了考慮頁巖各