【摘 要】
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我国川东南地区埋深超过3500m的深层五峰组-龙马溪组页岩储层储量丰富,勘探开发潜力巨大。但随着埋深的增加,页岩基质脆性特征减弱,三向地应力增大,水力裂缝遭遇近井地带天然裂缝时易被捕获,难以沟通远井地带的天然裂缝,导致最终形成的水力裂缝形态简单,控制体积小。针对以上问题,本文从深层页岩储层力学性质表征以及水力裂缝扩展行为模拟两个方面开展研究,以期为深层页岩储层压裂改造形成复杂水力裂缝形态提供理论支
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我国川东南地区埋深超过3500m的深层五峰组-龙马溪组页岩储层储量丰富,勘探开发潜力巨大。但随着埋深的增加,页岩基质脆性特征减弱,三向地应力增大,水力裂缝遭遇近井地带天然裂缝时易被捕获,难以沟通远井地带的天然裂缝,导致最终形成的水力裂缝形态简单,控制体积小。针对以上问题,本文从深层页岩储层力学性质表征以及水力裂缝扩展行为模拟两个方面开展研究,以期为深层页岩储层压裂改造形成复杂水力裂缝形态提供理论支撑。本文主要开展了以下几方面工作:（1）深层页岩储层岩石力学性质表征通过对不同埋深的龙马溪组页岩储层岩心开展不同温压条件下的三轴压缩实验,明确了深、浅层页岩力学性质差异。研究结果显示:受到粘土成岩作用和储层温压环境的综合影响,深层页岩的抗压强度高于浅层页岩,弹性模量、泊松比与浅层页岩差异不大,脆性指数低于浅层页岩。页岩强度和延性的增大增加了水力裂缝在基质内的扩展阻力,使得水力裂缝穿透天然裂缝更加困难。随后,针对深层页岩储层取心饼化破碎严重的问题,分析了仪器化压入实验测试弹性模量和硬度对页岩的适用性,并建立了基于仪器化压入实验的页岩脆性评价方法。研究结果显示:基于仪器化压入实验所测得的马氏硬度可以被用于预测支撑剂嵌入程度,压入模量可以作为杨氏模量的近似值,脆性指数能够反映页岩在受压状态下的断裂破坏剧烈程度。（2）深层页岩储层水力裂缝扩展物理模拟实验研究通过对龙马溪组页岩露头开展真三轴水力压裂物模实验,对比了不同地应力、排量和压裂液粘度条件下水力裂缝的扩展行为,初步认识了深层页岩储层复杂水力裂缝形成的难点和主控因素。研究结果显示,在浅层低围压低地应力差条件下,水力裂缝遭遇近井地带天然裂缝后易转向扩展。而在深层高围压高地应力差条件下,水力裂缝在遭遇近井地带天然裂缝时易被捕获而停止扩展,导致压裂改造体积小。在一定范围内提高压裂液排量和粘度有利于水力裂缝穿透近井地带的天然裂缝,从而提高改造体积。（3）深层页岩储层水力裂缝扩展相场法数值模拟实验研究为了弥补物理模拟实验量少、影响因素考虑不足的缺陷,建立了压缩应力边界条件下的水力裂缝扩展相场数值模型,克服了传统模型不能模拟受压岩石中I-II复合型裂缝扩展及没有考虑裂缝残余渗透率的缺点。利用该模型模拟了不同地应力和施工参数条件下室内页岩水力压裂实验裂缝的扩展行为,明确了深层页岩储层复杂水力裂缝的形成机理,并给出了现场施工建议。数模结果显示:在深层地应力条件下,采用较高的排量（60ml/min）和适中的压裂液粘度（20m Pa·s）有利于在提高缝内净压力的同时保持水力能量向裂缝尖端的传递。减少射孔簇数、采用适中的射孔簇间距（30mm）有利于减少压裂液向天然裂缝的滤失,并在削弱水力裂缝竞争扩展现象的同时集中水力能量。结合数模结果与现场实际,建议在焦石坝地区深层龙马溪组页岩储层的压裂施工中采用较高的排量,在压裂早期注入适量的胶液扩缝,同时减少射孔簇数,采用适中的射孔簇间距,以促使水力裂缝更加充分地扩展,增大改造体积,提高加砂量。
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