盐间页岩储层裂缝扩散与延伸规律实验研究_李保林.pdf

Science&Technology Vision科技视界DOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2022.30.01盐间页岩储层裂缝扩散与延伸规律实验研究李保林1张锐2刘红磊3，4（1.中国石油化工股份有限公司江汉油田分公司，湖北 武汉430035；2.中国石油大学（华东），山东 青岛266555；3.页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室，北京102206；4.中石化石油工程技术研究院有限公司，北京102206）【摘要】水 平 井 分 段 压 裂 是 页 岩 油 气 的 主 要 增 产 手 段，压 裂 裂 缝 在 盐 间 页 岩 储 层 的 扩 展 和 延 伸 直 接 关 系 到 页 岩油 气 能否高效生 产。江汉 油 田 为 内 陆盐湖 盆地，潜 江 组 纵 向 最 多发育 有193个 盐 韵 律 层。本文 针对盐 间页岩油 储 层，通过 开 展 盐 间 页 岩 的 层 理 分 析、基 质 巴 西 劈 裂 抗 拉 和 界 面 直 剪 试 验，分 析 了 盐 间 页 岩 储 层 界 面 形 态、抗 拉 强 度 速 随 层 理面 的 变化规律、压剪裂 缝 破 坏 和 延伸规 律。研 究结 果 表 明，盐 间 页 岩存 在 三 种界面形 态；垂 直于 层理面抗 拉强度 小，平行 于 层理面抗拉 强 度 大；页 岩 抗 剪强度 低、剪切面和层 理 面 交互 破 坏，裂 缝沿 层 理 面 扩 展延 伸。通过 研究厘 清 压 裂 裂 缝在 盐 间页岩储层 的 延伸 和 扩 展 认 识，提 高储 层 改造 波 及体 积，为 今 后 盐 间 页 岩 油藏 得 到 工业性 开采提 供技术 支撑。【关 键词】盐 间页岩；界 面 形 态；抗 拉强 度；抗剪 强 度；裂缝扩 展；技 术 支撑0引言水平井分段压裂是页岩油气的主要增产手段1，目前我国陆相页岩油虽相继取得勘探突破，高效开发仍面临一系列技术瓶颈。江汉油田潜江凹陷沉积时受古气候频繁交替、高盐、强蒸发及北部单向物源影响，沉积了一套盐韵律夹砂泥岩的盐系地层，平面上表现为“半盆砂、满盆泥、满盆盐”的特征。对于这种盐间页岩，受上下盐岩蠕变影响，裂缝的破裂及裂缝延伸规律认识不明，是制约盐间页岩油藏有效开发的瓶颈。本文基于岩石层理、基质和界面实验分析，探索了盐间页岩裂缝扩张和延伸规律。1试验方法原理抗拉强度试验采用巴西劈裂法4-5。试验时量取两端面相互垂直的四个直径，取平均值；量取两端面轴边对称 4 点及中心点的五个高度，取平均值；后将试件放入专门夹具中，使用 100kN 压力档，按 0.2kN/S 速率加载，直至破坏，记录破坏的压力值。依据 水利水电工程岩石力学实验规程 SL612001 及地质矿产部 岩石物理力学性质实验规程（地发1986 760 号）规程，其计算式为t=2PDH作 者简 介：刘 红磊，硕 士 学 位，高级工 程 师，研 究 方向 为储层 改 造 理 论 研 究 与现 场 技 术服 务等领 域。科学实验001科技视界Science&Technology Vision式中，t为岩石抗拉强度，MPa；P 为破坏荷载，N；D 为试样直径，mm；H 为试样高度，mm。抗剪强度试验采用直剪法。试验时将试样放入剪切盒中，施加一定法向力（施加法向应力分别为 4、8 和12MPa），然后施加剪切荷载直至试样破坏。采用 RMT-150C 控制电液伺服实验机对界面盐岩试样进行直剪试验，获取界面盐岩抗剪强度和盐/页界面的黏聚力 c 和内摩擦角。依据库伦定律，法向力较小情况下，剪应力与法向正应力近似呈线性关系=ntan+c。2不同介质下页岩破裂与裂缝延伸规律研究2.1盐间页岩油储层岩石界面CT扫描利用 CT 扫描对界面微观结构进行了分析，测试结果如图 1 所示。图1试样界面CT扫描结果由图 1 可知，盐间页岩界面形态主要分为清晰平直界面、相互穿插过渡和纹层结构三种，同时发育有部分平行于界面的天然层理裂缝14。清晰平直界面反映沉积过程中岩性突变，界面两侧岩性差异大且明显；相互穿插过渡界面其中一种岩性呈非连续性变化，体现出岩性缓慢过渡特征，岩心表面可观察到界面两侧岩性显著差异，但同种岩石沿着平行界面方向不连续分布；纹层结构界面反应了同种岩性短时间非连续性沉积，为页岩内部典型层理结构，非真实岩性界面。2.2盐间页岩界面抗拉强度分析盐间页岩抗拉强度试验结果如表 1 所示。由表 1 可知，拉应力方向与节理面垂直时抗拉强度较小，0.30.66MPa，页岩沿节理面整体进行破坏，破坏面十分平整且为节理面；拉应力方向与节理面平行时，页岩基质到拉，抗拉强度较大，一般大于 1.42.05MPa，其破坏首先从中间部分开始再向两侧延伸，其断裂部分明显不平整，为一个凹凸不平曲面且轻微向某一方向偏折。表1巴西劈裂实验结果2.3盐间页岩界面抗剪强度及裂缝延伸规律分析盐间页岩直剪试验结果见表 2，法向应力-抗剪强度拟合曲线见图 2 和图 3。由可知，有无岩性界面条件下，试样抗剪强度都较低，均小于 1MPa，且随着法向应力的增加；存在胶结面情况下，剪切一般形成于泥岩处，断面呈现锯齿状，伴随有碎屑；剪切面与附近层理面同时发生交互破坏，裂缝可科学实验002Science&Technology Vision科技视界能沿着界面发展。表2界面直接剪切实验结果图22号试样钙芒硝-泥岩界面破坏后照片图37号泥岩界面破坏后照片3结语（1）CT 扫描结果表明，盐间页岩存在清晰平直界面、相互穿插过渡和纹层结构三种界面形态，同时发育有部分平行于界面的天然层理裂缝。清晰平直界面由沉积过程中岩性突变造成；相互穿插过渡界面反映沉积缓慢过渡，其中一种岩性呈非连续性变化；纹层结构界面显示了同种岩性短时间非连续性沉积，为页岩内部典型层理结构。（2）抗拉试验结果表明，盐间页岩层理面为岩体弱结构面，受拉极易发生整体性破坏；垂直于层理面抗拉强度为 0.30.66MPa，平行于层理面抗拉轻度为 1.42.05MPa。（3）抗剪试验结果表明，盐间页岩抗剪轻度低；存在交界面时，剪切破裂面形成于泥岩处，断口呈现锯齿状，剪切面和层理面交互破坏，裂缝可能沿着界面发展。【参考文献】1陈作，曾义金.深层页岩气分段压裂技术现状及发展建议J.石油钻探技术，2016，44（1）：6-11.2吴世强，唐小山，杜小娟，梁文华，贺钦.江汉盆地潜江凹陷陆相页岩油地质特征J.东华理工大学学报（自然科学版），2013，36（3）：282-286.3刘心蕊，吴世强，陈凤玲，等.江汉盆地潜江凹陷潜江组盐间页岩油储层特征研究：以潜34-10韵律为例J.石油实验地质，2021，43（2）：268-275.4王伟超，张五交，刘希亮，等.盐岩巴西劈裂破坏声发射时序特征J.科技导报，2014，32（25）：55-58.5杨志鹏，何柏，谢凌志，等.基于巴西劈裂试验的页岩强度与破坏模式研究J.岩土力学，2015，36（12）：3447-3455+3464.6侯振坤，杨春和，王磊，等.大尺寸真三轴页岩水平井水力压裂物理模拟试验与裂缝延伸规律分析J.岩土力学，2016，37（2）：407-414.科学实验003