頁巖儲層水力裂縫網(wǎng)絡延伸規(guī)律研究.pdf

1、頁巖氣作為常規(guī)油氣資源最現(xiàn)實的接替資源之一，目前對儲層進行壓裂改造產(chǎn)生不規(guī)則、不對稱的復雜裂縫網(wǎng)絡是非常規(guī)天然氣開采的核心技術(shù)之一。由于儲層的低孔和低基質(zhì)滲透率，加之頁巖自身層狀結(jié)構(gòu)特性以及儲層含有的天然裂縫存在不同的空間特性，影響完井后壓裂過程中裂縫延伸規(guī)律，進而對網(wǎng)狀裂縫的形成產(chǎn)生重要影響，致使壓裂裂縫空間展布形態(tài)難以預測。因此，研究頁巖水力壓裂裂縫延伸方向的影響因素、延伸規(guī)律，并得到頁巖儲層水力裂縫網(wǎng)絡判斷準則，對儲層壓裂鉆井布置

2、并提高采收效率等至關重要。
　　為深入認識頁巖層儲層水力壓裂裂縫延伸規(guī)律及裂縫網(wǎng)絡形成條件，本論文通過建立井眼條件下頁巖氣儲層水力壓裂裂縫延伸的二維模型，采用彈性力學和斷裂力學理論結(jié)合RFPA2D-Flow數(shù)值模擬分析了層間遮擋效應、層理面及天然裂縫幾何力學特征對水力裂縫延伸方向的影響規(guī)律，進而得出頁巖層水力裂縫網(wǎng)絡形成機制及條件。主要研究成果如下：
　?、俜治隽擞绊戫搸r儲層水力壓裂裂縫延伸和形成裂縫網(wǎng)絡的主要因素?；趶椥?/p>

3、及斷裂力學理論，給出了井眼條件下裂縫在層理面和天然裂縫端部產(chǎn)生張性及剪切破壞的臨界水壓，并分析得出裂縫延伸方向及縫網(wǎng)的形成與以上臨界水壓的大小關系密切相關，二者大小關系主要取決于水平主地應力差、層間抗剪強度以及主裂縫與層理面和天然裂縫之間的逼近角度。
　　②揭示了頁巖層理面幾何力學特征對壓裂裂縫延伸的影響規(guī)律。當頁巖層基質(zhì)力學性質(zhì)一致時，延伸中的水力裂縫延伸至與層間層理面相交時，決定裂縫走向的是裂縫穿過層理延伸所需臨界水壓與裂縫沿

4、層理產(chǎn)生張開剪切進而延伸所需臨界水壓之間的大小關系，隨著地應力差異系數(shù)及層理面強度的增大，裂縫趨于穿過層理面形成沿最大主應力方向延伸的單一裂縫。
　?、劢沂玖藢娱g遮擋效應下的頁巖水力壓裂裂縫延伸規(guī)律。當頁巖層間基質(zhì)強度存在明顯差異，頁巖層不再均質(zhì)時，水力裂縫在延伸的過程中由于遮擋效應的存在，會導致裂縫的偏轉(zhuǎn)，進而影響裂縫網(wǎng)絡的形成；裂縫左右兩側(cè)基質(zhì)強度突變增大，當裂縫啟裂延伸至層間界面時，水力裂縫受強度較高的巖石基質(zhì)的阻礙，裂縫出

5、現(xiàn)短暫的鈍化止裂，待縫內(nèi)水壓達到一定值，裂縫沿界面層延伸，反之，裂縫直接穿透層理面進入另一側(cè)巖石基質(zhì)，且裂縫的延伸范圍增大。
　?、芙⒘隧搸r儲層水力裂縫網(wǎng)絡形成的判斷準則。水力裂縫在層理面間分叉以及主裂縫與天然裂縫溝通是形成裂縫網(wǎng)絡的關鍵，地應力差異系數(shù)、層理面及天然裂縫逼近角須在一定臨界組合條件下，偏離該條件均產(chǎn)生單一裂縫；層間強度過大過小都不利于裂縫網(wǎng)絡的形成，當頁巖層間界面強度適中時，裂縫網(wǎng)絡的形成主要與地應力組合及天然裂