頁巖儲(chǔ)層水力裂縫網(wǎng)絡(luò)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(shí)的接替資源之一，目前對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行壓裂改造產(chǎn)生不規(guī)則、不對(duì)稱的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)是非常規(guī)天然氣開采的核心技術(shù)之一。由于儲(chǔ)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(chǔ)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(jìn)而對(duì)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(yù)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(chǔ)層水力裂縫網(wǎng)絡(luò)判斷準(zhǔn)則，對(duì)儲(chǔ)層壓裂鉆井布置

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

3、及斷裂力學(xué)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(guān)系密切相關(guān)，二者大小關(guān)系主要取決于水平主地應(yīng)力差、層間抗剪強(qiáng)度以及主裂縫與層理面和天然裂縫之間的逼近角度。
　?、诮沂玖隧搸r層理面幾何力學(xué)特征對(duì)壓裂裂縫延伸的影響規(guī)律。當(dāng)頁巖層基質(zhì)力學(xué)性質(zhì)一致時(shí)，延伸中的水力裂縫延伸至與層間層理面相交時(shí)，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(jìn)而延伸所需臨界水壓之間的大小關(guān)系，隨著地應(yīng)力差異系數(shù)及層理面強(qiáng)度的增大，裂縫趨于穿過層理面形成沿最大主應(yīng)力方向延伸的單一裂縫。
　?、劢沂玖藢娱g遮擋效應(yīng)下的頁巖水力壓裂裂縫延伸規(guī)律。當(dāng)頁巖層間基質(zhì)強(qiáng)度存在明顯差異，頁巖層不再均質(zhì)時(shí)，水力裂縫在延伸的過程中由于遮擋效應(yīng)的存在，會(huì)導(dǎo)致裂縫的偏轉(zhuǎn)，進(jìn)而影響裂縫網(wǎng)絡(luò)的形成；裂縫左右兩側(cè)基質(zhì)強(qiáng)度突變增大，當(dāng)裂縫啟裂延伸至層間界面時(shí)，水力裂縫受強(qiáng)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(dá)到一定值，裂縫沿界面層延伸，反之，裂縫直接穿透層理面進(jìn)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(chǔ)層水力裂縫網(wǎng)絡(luò)形成的判斷準(zhǔn)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(luò)的關(guān)鍵，地應(yīng)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(qiáng)度過大過小都不利于裂縫網(wǎng)絡(luò)的形成，當(dāng)頁巖層間界面強(qiáng)度適中時(shí)，裂縫網(wǎng)絡(luò)的形成主要與地應(yīng)力組合及天然裂