页岩岩石力学特性及可压裂性评价 附岩石力学与工程蔡美峰下载

研究现状：2012年以来，准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组页岩油勘探取得重大突破，并在勘探开发实践过程中取得水平井加体积压裂是该套储层合理开发方式的认识。

研究结论：

1、基于三轴压缩岩石力学实验分析可知，芦草沟组含油页岩在轴向载荷未达到峰值强度时，试样主要呈现为弹性变形，峰值强度后，应力随应变迅即跌落，其变形破坏呈现出显著的脆性特征; 且层理、微裂缝等结构面发育以及低围压条件都将加剧岩石破坏的碎裂程度。具备压裂改造形成复杂缝网的内在地质力学条件。

2、纵向上，芦草沟组各岩性地层的岩石力学特性与地应力存在显著差异，即储层间存在岩石力学强度、地应力相对较高的隔层。针对此类储集体实施压裂，除了保证形成复杂压裂缝网外，还同时应强化压裂缝的纵向沟通能力，合理增大缝高，实现压裂改造有效体积的最大化。

 

研究流程：

1、对热塑管封装的圆柱形试样加载围压及轴向压力（图1，图2）；

2、对高度与直径比值为 0.25～0.75的圆柱试样进行巴西劈裂测试（图3）；

3、分析岩石力学与地应力纵向分布特征（公式1，公式2，公式3，图4）；

4、储层可压裂性评价（公式4，公式5，公式6，公式7，公式8，公式9）；

5、验证可压裂性评价方法的可靠性（图5，图6）。

图文说明：

图1 吉木尔凹陷二叠系芦草沟组岩心三轴压缩应力－应变曲线

图2 吉木尔凹陷二叠系芦草沟组岩心压缩实验后的破裂形态

芦草沟组的变形破坏呈现出典型的脆性特征，且其力学特征受围压影响显著，表现为低围压下抗压强度低、破坏碎裂程度高、裂缝复杂等特征。同时，层理、微裂缝等结构面的发育将加剧试样的破碎程度。结合芦草沟组的薄互层特征，层理面发育将有助于压裂缝形态的复杂化。岩石力学强度的各向异性将导致沿不同方向进行压裂的难易程度有所不同。

 

图3 吉木尔凹陷二叠系芦草沟组岩心抗张强度测试结果

所取试样的抗张强度分布范围为3.16 ～11.04MPa，受抗张强度差异的影响，相同的地应力及压裂施工条件下，地层的起裂压力不同，压裂难易度也不同。

 

公式1~3  岩石力学参数预测模型

图4 吉木尔凹陷J251井的主要岩石力学特性与地应力纵向分布特征

 

由于纵向上各岩性地层存在显著的岩石力学与地应力差异，在该储层中进行压裂改造，压裂裂缝纵向延伸将可能受到高强度、高应力隔层的阻挡，从而降低裂缝的纵向沟通能力、限制储层压裂改造体积，难以达到预期压裂效果。因此，可压裂性评价及压裂设计时，应对压裂缝的纵向沟通能力进行评价、认识。

公式4~9  储层可压裂性评价模型

 

图5 吉木萨尔凹陷JHW020井各级压裂的缝网长度与缝网高度

图6 吉木萨尔凹陷JHW020井的缝网体积、微地震事件数与可压裂性指数的关系

结果表明，本文所建立的可压裂性指数评价模型适用于芦草沟组页岩油储层，分析结果具有一定可靠性，可为地质工程“甜点”区综合评价以及压裂选层、水平段分段分簇等压裂设计提供基础参考。

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