基于结构弱面及缝间干扰的页岩缝网压裂技术_尚校森
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； 收稿日期 ： 修回日期 ： ０ ９ ０ ５ １ １ ０ １ １ ５ １ ５ ． ２ ０ ２ ０ － － － －
缝后 ， 需要在左右两端同时满足裂缝转向条件 ， 才能 形成复杂的网状裂缝 ， 并且存在形成网状裂缝的最小
］ １ ０ 。 赵金洲等 ［ 进行了水力裂缝逼近 排量 （ 临界排量 ）
时天然裂缝的稳定性分析 ， 并对地应力差 、 逼近角 、 净
［ ］ ３ ５ －
力裂缝扩展分为主缝多分支缝模式和径向网状扩展
］ ９ 研究发现 ， 模式 。 赵海峰等 ［ 水力裂缝在沟通天然裂
已通过室内实验及现场
微地震监测认识到页岩气储层水力压裂形成的裂缝 有别于简单的双翼 缝 ， 更倾向于在储层空间范围内 形成一种包含多裂 缝 在 内 的 复 杂 裂 缝 系 统 ， 即储层 ， 储层改造体积越大 ， 改造体积 （ 形成的裂缝系 Ｖ） Ｓ Ｒ 统越复杂 ， 其对产量的贡献越高 。
８ ４ １ ８
源自文库
天 然 气 地 球 科 学
Ｖ ｏ ｌ ． ２ ７
研究了水力压裂裂缝诱导应力和孔隙压力诱导应力 对水平井重复压裂新缝起裂和延伸的影响 。 郭建春 等
［ ］ １ ３ ２， １
并分析了有助于提高页岩气储层裂缝复杂度的压裂 技术及施工工艺和 方 法 ， 为提高页岩气储层压裂裂 缝复杂度提供参考 。
表 明， 随机天然裂缝会造成压裂液滤失及多裂缝分 支， 甚至导致主裂缝沿着天然裂缝带方向扩展 。 陈勉
］ ８ 通过室内物理模拟得出包含随机裂缝的储层水 等［
。页岩储层作为一
种非常规油气储层 具 有 特 殊 的 岩 石 结 构 特 征 ， 较常 规砂岩储层而言 ， 其发育有大量的层理及天然裂缝 等复杂结构 弱 面 。 前 人
页岩天然裂缝和多缝间的应力干扰是页岩储层 体积改造形成复杂缝网的重要控制因素 。 很多 学者
［］ 也对此 进 行 了 研 究 和 分 析 。Ｂ ｕ ｅ ｌ ｓ ｄ ｉ ｋ等 ６ 的室内 ｅ ｇ ｊ
研究表明 ， 在构造应力场下 ， 水力裂缝与天然裂缝干
［］ 扰后变得更加扭曲 。 Ｗ ｒ ｉ ｎ ｓ ｋ ｉ等 ７ 的矿场实验结果 ａ ｐ
［ ］ １ ４ ］ ］ １ １ ５ ２， １ ３ 、 曾顺鹏等 ［ 得出与郭建春等 ［ 相似的结
１ 页岩裂缝形态物理模拟实验
通过水力压裂物理模拟实验观察并分析了页岩 结构弱面控制下的水力裂缝扩展路径以及缝间干扰 对于复杂裂缝形成的贡献 。 为确保水力压裂物理模 拟实验的价值和可 参 考 性 ， 物模实验通过以下途径 实施 ： 实验岩样采自天然页岩露头 ， 保证了岩样物理 参数 与 现 场 岩 石 的 一 致 性 ； 采用大尺寸（ ４ ｍｍ× ９ １ 岩样 ， 可以降低边界效应的 影 响 ， ７ ６ ２ ｍｍ×７ ６ ２ ｍｍ） 保证裂缝充分的扩 展 ； 按照一定比例尺寸钻取圆柱 形孔眼 ， 以模拟井 眼 ， 内 部 固 定 相 应 尺 寸 的 钢 管， 以 。 ） ］ 模拟套管 ， 留取一定空间模拟裸眼井段［ 图 １（ ａ ， ］ 地应力 场 模 拟 采 用 三 向 应 力 加 载 装 置 ［ 图 １（ ｂ） （ ） 、 （ ） 、 （ ） 图２ 图２ 图２ 分别为３组实验的模拟结 ａ ｂ ｃ 果， 其三向应 力 加 载 值 见 表 １。 模 拟 实 验 所 用 压 裂 液为与现场相对应 的 滑 溜 水 和 线 性 胶 ； 压裂过程模 拟现场 ， 采用定排量注入 ， 通过测量模拟井口压力监 测压力变化 。
图 １ 水力压裂物理模拟实验 Ｆ １ Ｔ ｈ ｅ ｈ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｈ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ． ｙ ｇ ｐ ｙ ｇ
图 ２ 水力压裂模拟实验结果 Ｆ ｉ ． ２ Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｏ ｆ ｈ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｇ ｙ ｇ
０ 引言
近年 来 页 岩 气 得 到 了 大 规 模 开 发 ， 水平井为其 主要开发井型 ， 由于页岩储层的超低渗特性 ， 水力压 裂储层改造是其有 效 开 发 不 可 缺 少 的 环 节 ， 如何最 大限度增加储层改造体积和裂缝复杂性成为了页岩 气储层改造研究 的 最 大 目 标
［ １， ２］
论， 但指出利用诱导应力促进缝网形成的同时 ， 也需 要防止其对施工造成困难 。 以上所形成的结论和认识具有很强的参考价 值， 但是研究主要集 中 于 天 然 裂 缝 对 水 力 裂 缝 延 伸 的影响 ， 对层理的研究及相遇的后续扩展较少涉及 ， 对于层理 、 天然裂缝 和 缝 间 干 扰 的 共 同 作 用 机 制 还 没有明确的认识 。 本文首先通过大尺寸物理模拟实 验直观显示天然结构弱面及缝间干扰影响下的裂缝 扩展形态 ， 认识两者 影 响 下 页 岩 可 能 产 生 的 裂 缝 扩 展路径 ， 并分别进行深入分析 ， 以进一步明确两者同 时作用于裂缝时的 扩 展 效 果 ， 对后续复杂缝网形成 机制及改善现场施工效果研究提供借鉴 。 最后探索
天然气开发
基于结构弱面及缝间干扰的页岩缝网压裂技术
２ ， 丁云宏２， 杨立峰２， 卢拥军２， 鄢雪梅２， 王永辉２ 尚校森１，
（ ， 中国石油大学 （ 华东 ） 山东 青岛 ２ １． ６ ５ ８ ０； ６ ） 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 ， 河北 廊坊 ０ ２． ５ ０ ０ ７ ６ 摘要 ： 为明确页岩储层中层理 、 天然裂缝等结构弱面和缝间干 扰 对 缝 网 压 裂 效 果 的 影 响 机 制 ， 根据 全三维物模实验所观察到的裂缝扩展现象 ， 理论分析了结构弱面 控 制 下 和 缝 间 干 扰 影 响 下 复 杂 裂 缝的形成机制 ， 并结合数模研究 对 现 场 有 助 于 形 成 复 杂 裂 缝 的 多 种 施 工 工 艺 和 方 法 进 行 了 探 讨 。 最终得出 ： 结构弱面可使与之相遇的水力裂缝停止 、 转向或产 生 新 缝 ， 结构弱面发生剪切错动或张 开后均可成为页岩气流动通道 ； 此外 ， 缝间干扰会影响后续裂 缝 的 几 何 形 态 ， 从而改变其与结构弱 面的逼近角 ； 有利 于增加 裂 缝复 杂 度， 适当降低裂缝间距可在一定 ２ 级主裂缝间可以产 生 分 支 缝 ， 程度上增强缝间干扰 。 目前已进行矿场试验的大排量低黏压裂液 、 暂堵转向 、 平台 “ 拉链式 ” 压裂等 措施取得了较好的监测结果 ， 作业方式的改进和不同压裂技术的 综 合 应 用 也 是 增 加 裂 缝 复 杂 度 的 有效途径 。 关键词 ： 页岩储层 ； 结构弱面 ； 缝间干扰 ； 复杂缝网 ； 水力压裂 （ ） 中图分类号 ： １ ９ １ ８ ０ ９ ３ ５ ７ 文献标志码 ： ７ ２ ２ ６ ２ ０ １ ６ １ ０ ８ ３ Ｔ Ｅ Ａ 文章编号 ： １ ６ － － － ， ， ， 引用 格 式 ： ｅ ｔ ａ ｌ． Ｎ ａ ｎ Ｘ ｉ ａ ｏ ｓ ｅ ｎ Ｄ ｉ ｎ Ｙ ｕ ｎ ｈ ｏ ｎ Ｙ ａ ｎ Ｌ ｉ ｆ ｅ ｎ ｅ ｔ ｗ ｏ ｒ ｋ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｕ ｅ ｉ ｎ Ｓ ｈ ｇ ｇ ｇ ｇ ｇ ｇ ｑ ［ ］ ， ｓ ｈ ａ ｌ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｉ ｒ ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｗ ｅ ａ ｋ ｄ ｉ ｓ ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ ｉ ｔ ａ ｎ ｄ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎＪ ． Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｇ ａ ｓ Ｇ ｅ ｏ ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｙ ［ （ ） ： 尚校森 ， 丁云宏 ， 杨立峰 ， 等． 基于结构弱面及缝间干扰的页岩缝网压裂技 １ ８ ９ １． ２ ０ １ ６， ２ ７ １ ０ １ ８ ８ ３ － （ ） ： ］ ］ 术［ 天然气地球科学 ， １ ８ １ ６， ２ ７ １ ０ １ ８ ８ ３ ９ １． Ｊ ． ２ ０ －
第２ ７卷 第１ ０期 ２ ０ １ ６年１ ０月
天 然 气 地 球 科 学 Ｖ ｏ ｌ ． ２ ７Ｎ ｏ ． １ ０ ＮＡＴＵＲＡＬ ＧＡ Ｏ ｃ ｔ ． ２ ０ １ ６ Ｓ ＧＥＯ Ｓ Ｃ Ｉ ＥＮＣ Ｅ ： ／ ｄ ｏ ｉ ． ｓ ｓ ｎ． １ ６ ７ ２－１ ９ ２ ６． ２ ０ １ ６． １ ０． １ ８ ８ ３ ｉ１ ０． １ １ ７ ６ ４ｊ
［６］ 认 者的相互沟通 ， 形成复杂的裂 缝 系 统 。Ｇ ｏ等 １ ｕ
缝相互作用之后不 论 形 成 张 开 缝 还 是 剪 切 缝 ， 都可 成为页岩气有效渗 流 通 道 ， 进而组成有效改造体积 的一部分 。 压裂液向结构弱面中的滤失作为液体与 页岩作用机理的一 部 分 ， 也是页岩压裂改造机理不 可忽略的一方面 。
基于结构弱面及缝间干扰的页岩缝网压裂技术 ｏ ． １ ０ 尚校森等 ： Ｎ ８ ５ １ ８ 为 页岩岩样取自 四 川 盆 地 龙 马 溪 组 页 岩 露 头 ， ） 天然页岩岩石 ， 发育少量层理及天然裂缝［ 图 ２（ ａ （ ） 。图２ 为水力 压 裂 实 验 后 岩 样 的 某 一 白线所示 ］ ａ 剖切面 ， 图中浅红色线为水力裂缝延伸路径 ， 可以看 出， 水力裂缝 （ 下 部 扩 展 止 于 水 平 结 构 弱 面， 压 ＨＦ） 裂液沿此弱面流动 说 明 弱 面 可 能 被 打 开 ； 水力裂缝 上部扩展与一条结 构 弱 面 斜 交 ， 压裂液进入交点两 侧， 裂缝沿结构弱面靠近最大主应力的方向延伸 ， 并 在弱面端部起裂进 入 基 岩 ， 慢慢转向最大主应力方 向， 左侧与该弱面连 接 的 另 一 弱 面 结 构 中 没 有 压 裂 ） 液进入 ， 说明该弱面没有被连通 。 图 ２（ 显示 了 水 ｂ 力压裂过程中结构 弱 面 发 生 破 坏 的 另 一 种 方 式 ， 即 剪切破坏 。 压裂中用于固定岩样的条形铁片发生变 形， 可推断结构弱面发生了剪切错动 ， 从而产生了剪 切破坏带 。 页岩脆性较大 ， 结构弱面粗糙 ， 所以弱面 剪切错动 时 引 起 周 围 基 岩 破 碎 ， 形 成 剪 切 破 坏 带。 （ ） 图２ 为缝间干扰的模 拟 结 果 ， 显示２级水力裂缝 ｃ 都垂直于最小水平 主 应 力 ， 后一级主裂缝几何形态 受到前级已存在裂 缝 的 干 扰 ， 且２级主裂缝间产生 了分支缝 。 综合 以 上 分 析 ， 页岩储层压裂过程中也会产生 主缝 ， 但受天然裂缝 和 层 理 等 已 存 在 结 构 弱 面 的 影 响， 主缝的延伸路 径 会 发 生 很 大 的 变 化 ， 或 停 止、 或 转向或产生新缝 ， 结构弱面也会发生张开或剪切的 破坏 ， 使得水力裂缝 和 弱 面 之 间 的 相 互 作 用 达 到 两
［１ ］ 压力等 影 响 因 素 进 行 了 敏 感 性 分 析 。Ｒ ｕ ｓ ｓ ｅ ｌ等 １ ｏ
） （ 基金项目 ： 资助 ． 国家重点基础研究发展计划 “ 页岩气储层压裂改造机理研究 ” 编号 ： １ ３ Ｃ Ｂ ２ ２ ８ ０ ０ ４ ２ ０ ： ， ， ） ， ， 作者简介 ： 尚校森 （ 博士研究生 主要从事油气藏增产改造技术研究 女 安徽砀山人 ８ ８ ｉ ｌ ｓ ｈ ａ ｎ ｘ ｓ ２ ０ １ ３＠１ ６ ３． ｃ ｏ ｍ． １ ９ ． Ｅ ｍ － － ａ ｇ
利用位移不连续理论 ， 结合页岩储层复杂裂缝
形成的地应力条件 ， 研究了不同射孔方式 、 裂缝参数 和 原 始 主 应 力 条 件 下 压 裂 形 成 复 杂 裂 缝 的 可 行 性。 并且随后考察了人工裂缝诱导应力对最大和最小主 应力的影响程度 ， 认为多裂缝的叠加干扰会减小水平 应力差异性 ， 在裂缝交错排列时应力干扰较强 。 赵金 洲等
缝后 ， 需要在左右两端同时满足裂缝转向条件 ， 才能 形成复杂的网状裂缝 ， 并且存在形成网状裂缝的最小
］ １ ０ 。 赵金洲等 ［ 进行了水力裂缝逼近 排量 （ 临界排量 ）
时天然裂缝的稳定性分析 ， 并对地应力差 、 逼近角 、 净
［ ］ ３ ５ －
力裂缝扩展分为主缝多分支缝模式和径向网状扩展
］ ９ 研究发现 ， 模式 。 赵海峰等 ［ 水力裂缝在沟通天然裂
已通过室内实验及现场
微地震监测认识到页岩气储层水力压裂形成的裂缝 有别于简单的双翼 缝 ， 更倾向于在储层空间范围内 形成一种包含多裂 缝 在 内 的 复 杂 裂 缝 系 统 ， 即储层 ， 储层改造体积越大 ， 改造体积 （ 形成的裂缝系 Ｖ） Ｓ Ｒ 统越复杂 ， 其对产量的贡献越高 。
８ ４ １ ８
源自文库
天 然 气 地 球 科 学
Ｖ ｏ ｌ ． ２ ７
研究了水力压裂裂缝诱导应力和孔隙压力诱导应力 对水平井重复压裂新缝起裂和延伸的影响 。 郭建春 等
［ ］ １ ３ ２， １
并分析了有助于提高页岩气储层裂缝复杂度的压裂 技术及施工工艺和 方 法 ， 为提高页岩气储层压裂裂 缝复杂度提供参考 。
表 明， 随机天然裂缝会造成压裂液滤失及多裂缝分 支， 甚至导致主裂缝沿着天然裂缝带方向扩展 。 陈勉
］ ８ 通过室内物理模拟得出包含随机裂缝的储层水 等［
。页岩储层作为一
种非常规油气储层 具 有 特 殊 的 岩 石 结 构 特 征 ， 较常 规砂岩储层而言 ， 其发育有大量的层理及天然裂缝 等复杂结构 弱 面 。 前 人
页岩天然裂缝和多缝间的应力干扰是页岩储层 体积改造形成复杂缝网的重要控制因素 。 很多 学者
［］ 也对此 进 行 了 研 究 和 分 析 。Ｂ ｕ ｅ ｌ ｓ ｄ ｉ ｋ等 ６ 的室内 ｅ ｇ ｊ
研究表明 ， 在构造应力场下 ， 水力裂缝与天然裂缝干
［］ 扰后变得更加扭曲 。 Ｗ ｒ ｉ ｎ ｓ ｋ ｉ等 ７ 的矿场实验结果 ａ ｐ
［ ］ １ ４ ］ ］ １ １ ５ ２， １ ３ 、 曾顺鹏等 ［ 得出与郭建春等 ［ 相似的结
１ 页岩裂缝形态物理模拟实验
通过水力压裂物理模拟实验观察并分析了页岩 结构弱面控制下的水力裂缝扩展路径以及缝间干扰 对于复杂裂缝形成的贡献 。 为确保水力压裂物理模 拟实验的价值和可 参 考 性 ， 物模实验通过以下途径 实施 ： 实验岩样采自天然页岩露头 ， 保证了岩样物理 参数 与 现 场 岩 石 的 一 致 性 ； 采用大尺寸（ ４ ｍｍ× ９ １ 岩样 ， 可以降低边界效应的 影 响 ， ７ ６ ２ ｍｍ×７ ６ ２ ｍｍ） 保证裂缝充分的扩 展 ； 按照一定比例尺寸钻取圆柱 形孔眼 ， 以模拟井 眼 ， 内 部 固 定 相 应 尺 寸 的 钢 管， 以 。 ） ］ 模拟套管 ， 留取一定空间模拟裸眼井段［ 图 １（ ａ ， ］ 地应力 场 模 拟 采 用 三 向 应 力 加 载 装 置 ［ 图 １（ ｂ） （ ） 、 （ ） 、 （ ） 图２ 图２ 图２ 分别为３组实验的模拟结 ａ ｂ ｃ 果， 其三向应 力 加 载 值 见 表 １。 模 拟 实 验 所 用 压 裂 液为与现场相对应 的 滑 溜 水 和 线 性 胶 ； 压裂过程模 拟现场 ， 采用定排量注入 ， 通过测量模拟井口压力监 测压力变化 。
图 １ 水力压裂物理模拟实验 Ｆ １ Ｔ ｈ ｅ ｈ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｈ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ． ｙ ｇ ｐ ｙ ｇ
图 ２ 水力压裂模拟实验结果 Ｆ ｉ ． ２ Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｏ ｆ ｈ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｇ ｙ ｇ
０ 引言
近年 来 页 岩 气 得 到 了 大 规 模 开 发 ， 水平井为其 主要开发井型 ， 由于页岩储层的超低渗特性 ， 水力压 裂储层改造是其有 效 开 发 不 可 缺 少 的 环 节 ， 如何最 大限度增加储层改造体积和裂缝复杂性成为了页岩 气储层改造研究 的 最 大 目 标
［ １， ２］
论， 但指出利用诱导应力促进缝网形成的同时 ， 也需 要防止其对施工造成困难 。 以上所形成的结论和认识具有很强的参考价 值， 但是研究主要集 中 于 天 然 裂 缝 对 水 力 裂 缝 延 伸 的影响 ， 对层理的研究及相遇的后续扩展较少涉及 ， 对于层理 、 天然裂缝 和 缝 间 干 扰 的 共 同 作 用 机 制 还 没有明确的认识 。 本文首先通过大尺寸物理模拟实 验直观显示天然结构弱面及缝间干扰影响下的裂缝 扩展形态 ， 认识两者 影 响 下 页 岩 可 能 产 生 的 裂 缝 扩 展路径 ， 并分别进行深入分析 ， 以进一步明确两者同 时作用于裂缝时的 扩 展 效 果 ， 对后续复杂缝网形成 机制及改善现场施工效果研究提供借鉴 。 最后探索
天然气开发
基于结构弱面及缝间干扰的页岩缝网压裂技术
２ ， 丁云宏２， 杨立峰２， 卢拥军２， 鄢雪梅２， 王永辉２ 尚校森１，
（ ， 中国石油大学 （ 华东 ） 山东 青岛 ２ １． ６ ５ ８ ０； ６ ） 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 ， 河北 廊坊 ０ ２． ５ ０ ０ ７ ６ 摘要 ： 为明确页岩储层中层理 、 天然裂缝等结构弱面和缝间干 扰 对 缝 网 压 裂 效 果 的 影 响 机 制 ， 根据 全三维物模实验所观察到的裂缝扩展现象 ， 理论分析了结构弱面 控 制 下 和 缝 间 干 扰 影 响 下 复 杂 裂 缝的形成机制 ， 并结合数模研究 对 现 场 有 助 于 形 成 复 杂 裂 缝 的 多 种 施 工 工 艺 和 方 法 进 行 了 探 讨 。 最终得出 ： 结构弱面可使与之相遇的水力裂缝停止 、 转向或产 生 新 缝 ， 结构弱面发生剪切错动或张 开后均可成为页岩气流动通道 ； 此外 ， 缝间干扰会影响后续裂 缝 的 几 何 形 态 ， 从而改变其与结构弱 面的逼近角 ； 有利 于增加 裂 缝复 杂 度， 适当降低裂缝间距可在一定 ２ 级主裂缝间可以产 生 分 支 缝 ， 程度上增强缝间干扰 。 目前已进行矿场试验的大排量低黏压裂液 、 暂堵转向 、 平台 “ 拉链式 ” 压裂等 措施取得了较好的监测结果 ， 作业方式的改进和不同压裂技术的 综 合 应 用 也 是 增 加 裂 缝 复 杂 度 的 有效途径 。 关键词 ： 页岩储层 ； 结构弱面 ； 缝间干扰 ； 复杂缝网 ； 水力压裂 （ ） 中图分类号 ： １ ９ １ ８ ０ ９ ３ ５ ７ 文献标志码 ： ７ ２ ２ ６ ２ ０ １ ６ １ ０ ８ ３ Ｔ Ｅ Ａ 文章编号 ： １ ６ － － － ， ， ， 引用 格 式 ： ｅ ｔ ａ ｌ． Ｎ ａ ｎ Ｘ ｉ ａ ｏ ｓ ｅ ｎ Ｄ ｉ ｎ Ｙ ｕ ｎ ｈ ｏ ｎ Ｙ ａ ｎ Ｌ ｉ ｆ ｅ ｎ ｅ ｔ ｗ ｏ ｒ ｋ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｕ ｅ ｉ ｎ Ｓ ｈ ｇ ｇ ｇ ｇ ｇ ｇ ｑ ［ ］ ， ｓ ｈ ａ ｌ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｉ ｒ ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｗ ｅ ａ ｋ ｄ ｉ ｓ ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ ｉ ｔ ａ ｎ ｄ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎＪ ． Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｇ ａ ｓ Ｇ ｅ ｏ ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｙ ［ （ ） ： 尚校森 ， 丁云宏 ， 杨立峰 ， 等． 基于结构弱面及缝间干扰的页岩缝网压裂技 １ ８ ９ １． ２ ０ １ ６， ２ ７ １ ０ １ ８ ８ ３ － （ ） ： ］ ］ 术［ 天然气地球科学 ， １ ８ １ ６， ２ ７ １ ０ １ ８ ８ ３ ９ １． Ｊ ． ２ ０ －
第２ ７卷 第１ ０期 ２ ０ １ ６年１ ０月
天 然 气 地 球 科 学 Ｖ ｏ ｌ ． ２ ７Ｎ ｏ ． １ ０ ＮＡＴＵＲＡＬ ＧＡ Ｏ ｃ ｔ ． ２ ０ １ ６ Ｓ ＧＥＯ Ｓ Ｃ Ｉ ＥＮＣ Ｅ ： ／ ｄ ｏ ｉ ． ｓ ｓ ｎ． １ ６ ７ ２－１ ９ ２ ６． ２ ０ １ ６． １ ０． １ ８ ８ ３ ｉ１ ０． １ １ ７ ６ ４ｊ
［６］ 认 者的相互沟通 ， 形成复杂的裂 缝 系 统 。Ｇ ｏ等 １ ｕ
缝相互作用之后不 论 形 成 张 开 缝 还 是 剪 切 缝 ， 都可 成为页岩气有效渗 流 通 道 ， 进而组成有效改造体积 的一部分 。 压裂液向结构弱面中的滤失作为液体与 页岩作用机理的一 部 分 ， 也是页岩压裂改造机理不 可忽略的一方面 。
基于结构弱面及缝间干扰的页岩缝网压裂技术 ｏ ． １ ０ 尚校森等 ： Ｎ ８ ５ １ ８ 为 页岩岩样取自 四 川 盆 地 龙 马 溪 组 页 岩 露 头 ， ） 天然页岩岩石 ， 发育少量层理及天然裂缝［ 图 ２（ ａ （ ） 。图２ 为水力 压 裂 实 验 后 岩 样 的 某 一 白线所示 ］ ａ 剖切面 ， 图中浅红色线为水力裂缝延伸路径 ， 可以看 出， 水力裂缝 （ 下 部 扩 展 止 于 水 平 结 构 弱 面， 压 ＨＦ） 裂液沿此弱面流动 说 明 弱 面 可 能 被 打 开 ； 水力裂缝 上部扩展与一条结 构 弱 面 斜 交 ， 压裂液进入交点两 侧， 裂缝沿结构弱面靠近最大主应力的方向延伸 ， 并 在弱面端部起裂进 入 基 岩 ， 慢慢转向最大主应力方 向， 左侧与该弱面连 接 的 另 一 弱 面 结 构 中 没 有 压 裂 ） 液进入 ， 说明该弱面没有被连通 。 图 ２（ 显示 了 水 ｂ 力压裂过程中结构 弱 面 发 生 破 坏 的 另 一 种 方 式 ， 即 剪切破坏 。 压裂中用于固定岩样的条形铁片发生变 形， 可推断结构弱面发生了剪切错动 ， 从而产生了剪 切破坏带 。 页岩脆性较大 ， 结构弱面粗糙 ， 所以弱面 剪切错动 时 引 起 周 围 基 岩 破 碎 ， 形 成 剪 切 破 坏 带。 （ ） 图２ 为缝间干扰的模 拟 结 果 ， 显示２级水力裂缝 ｃ 都垂直于最小水平 主 应 力 ， 后一级主裂缝几何形态 受到前级已存在裂 缝 的 干 扰 ， 且２级主裂缝间产生 了分支缝 。 综合 以 上 分 析 ， 页岩储层压裂过程中也会产生 主缝 ， 但受天然裂缝 和 层 理 等 已 存 在 结 构 弱 面 的 影 响， 主缝的延伸路 径 会 发 生 很 大 的 变 化 ， 或 停 止、 或 转向或产生新缝 ， 结构弱面也会发生张开或剪切的 破坏 ， 使得水力裂缝 和 弱 面 之 间 的 相 互 作 用 达 到 两
［１ ］ 压力等 影 响 因 素 进 行 了 敏 感 性 分 析 。Ｒ ｕ ｓ ｓ ｅ ｌ等 １ ｏ
） （ 基金项目 ： 资助 ． 国家重点基础研究发展计划 “ 页岩气储层压裂改造机理研究 ” 编号 ： １ ３ Ｃ Ｂ ２ ２ ８ ０ ０ ４ ２ ０ ： ， ， ） ， ， 作者简介 ： 尚校森 （ 博士研究生 主要从事油气藏增产改造技术研究 女 安徽砀山人 ８ ８ ｉ ｌ ｓ ｈ ａ ｎ ｘ ｓ ２ ０ １ ３＠１ ６ ３． ｃ ｏ ｍ． １ ９ ． Ｅ ｍ － － ａ ｇ
利用位移不连续理论 ， 结合页岩储层复杂裂缝
形成的地应力条件 ， 研究了不同射孔方式 、 裂缝参数 和 原 始 主 应 力 条 件 下 压 裂 形 成 复 杂 裂 缝 的 可 行 性。 并且随后考察了人工裂缝诱导应力对最大和最小主 应力的影响程度 ， 认为多裂缝的叠加干扰会减小水平 应力差异性 ， 在裂缝交错排列时应力干扰较强 。 赵金 洲等