页岩气藏缝网形成影响机理研究.pdf

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1、第14卷第26期2014年9月科学技术与工程Vo1．14No．26Sep．2014167l一1815(2014)26—0060—06ScienceTechnologyandEngineering⑥2014Sci．Tech．Engrg．页岩气藏缝网形成影响机理研究温庆志高金剑徐希刘华刘欣佳(中国石油大学(华东)石油工程学院，青岛2665800)摘要页岩气开发对我国能源保障具有重要的现实意义，页岩气开发的关键在于通过体积压裂形成复杂裂缝网络，从而提高页岩气的流通能力。国内对缝网形成机理研究较少，在文献调研基础上，系统

2、分析了缝网形成影响机理：建立了岩石脆性判断准则，得出脆性指数大于40，储层适合体积压裂；分析了天然裂缝、地应力和诱导应力对缝网的影响，得出诱导应力有利于缝网形成，确定了天然裂缝张开后的走向及力学条件；建立了转向半径计算模型，得出泊松比和水平主应力差大干临界值时，难于形成缝网。研究结果为页岩储层体积压裂、判断缝网形成提供了参考和借鉴作用。关键词缝网形成机理脆性指数诱导应力转向半径天然裂缝中图法分类号TE375；文献标志码A页岩气作为非常规油气资源的重要部分，具有1岩石力学参数对缝网形成的影响低孔极低渗等特点J。常规

3、技术无法有效开发页岩气，需要体积压裂改造J。早期学者通过微地脆性能反应页岩破裂成网状的能力，通过建立震图发现页岩储层压裂之后形成复杂裂缝网络，而两种脆性指数模型，能准确地判断岩石的脆性。后Mayerhofer等认为超低渗页岩储层需要大规模缝1．1岩石力学参数获得的脆性指数网才能最大化产量，将页岩储层的水力裂缝从简单弹性模量和泊松比能预测岩石破裂能力(泊松到复杂分为四大类，如图1_4J。近几年来，国外专家比)和已形成裂缝的支撑能力(弹性模量)，运用这针对缝网形成机理做了大量的研究，早期Soliman两个力学参数获得

4、的脆性指数能较准确判断岩石的等人发现发育复杂裂缝时应力场干扰效应非常大，塑脆性。在地质构造运动中，脆性页岩易被天然压提出通过控制裂缝之间的距离，水平主应力差能有裂，存在大量天然裂缝，水力压裂之后能取得较好的效减少甚至转向is]。Rahman等人研究了裂缝走向改造效果。与孔隙压力、天然裂缝的方向和诱导应力之间关系，得出逼近角和水平主应力差严重影响缝网的形成_6J。国内专家针对这方面的研究起步较晚，翁定为、雷群等人首次提出了缝网压裂的概念，分析了形成缝网的力学条件。随后赵金洲教授等人较全(a)单一平面双翼裂缝(b)复

5、杂多裂缝面地分析了页岩储层缝网延伸的受控因素j，但文中没有对诱导应力进行分析，缝网形成机理认识仍不够全面。在前人研究基础上，得出影响缝网形成的因素主要包括岩石性质、天然裂缝、诱导应力、地应力和施工压力，现对缝网延伸影响机理进行全面系统的分析，对提高页岩储层压裂设计可靠性具有(c)天然裂缝张开下(d)复杂的缝网的复杂多裂缝一定的理论指导意义。图1裂缝发育形态2014年4月27日收到中国博士后科学基金(2012M510713)、Fig．1Theshapeoffracture山东省自然科学基金(ZR2012EEMO01

6、)和山东省优秀中青年科学家科研奖励基金(BS2012HZ029)资助对于泊松比，其值越小岩石越脆；弹性模量越第一作者简介：温庆志，男，副教授。研究方向：低渗透油气藏增产大，岩石越脆。由于泊松比和弹性模量的力学含义机理。E—mail：wenqingzhi@163．oom。不同，分开计算每个参数的脆性指数，然后取平均通信作者简介：高金剑，硕士研究生。研究方向：水力压裂。E—值，见式(1)～式(3)。mail：gaojinjian1990@163．com。26期温庆志，等：页岩气藏缝网形成影响机理研究6l低黏压裂液易滤

7、失，能使更多的微裂缝或天然裂缝：×l00(1)O一，张开，形成缝网。压裂液黏度低意味着携砂能力弱，日=一(01504×100(2)砂比减小。为扩大储层改造体积，根据体积守恒需一．．1要的压裂液用量必须大。此时需要支撑的裂缝体积B：0．5BE+0．5B(3)小，支撑剂用量相应的减小。式(3)中，日为弹性模量脆性指数；E为弹性模量表1基于脆性指数推荐的压裂液系统(MPa)；B为泊松比脆性指数；为泊松比(无因Table1Recommendedsystemoffracturingfluid次)；B为脆性指数。该公式充分考

8、虑了弹性模量basedonbrittleness和泊松比对岩石塑脆性的影响，符合高弹性模量，低泊松比的岩石越脆的现象。脆l生指数压裂液砂比压裂液支撑剂B选择用量用量1．2岩石组份获得的脆性指数6O滑溜水岩石的塑脆性本质上取决于岩石成分，岩石的50复合压裂液JI脆性矿物含量大，脆性指数大；泥质含量大，脆性指40线陛胶30泡沫数小。通过测井可知页岩的石英、碳酸盐岩和泥质20凝