页岩气储层水力压裂物理模拟试验研究_张旭

张 旭等． 页 岩气 储层 水 力压 裂 物 理 模 拟 试验 研究
·７ １·
有数值模拟 、 裂缝监测及压后测井温等间接手段 ， 得 到的裂缝参数与实际差别很大 ， 而通过物理模拟方法 能获取更真实的裂缝参数 ， 可有效指导现场施工 。 水力压裂物理模拟试验采用一定尺寸的人工试 样或露头岩 样 ， 在 三 轴 应 力、 储层温度及压力条件 下， 通过动态监测直接观测水力压裂裂缝扩展特征 。 这对于正确认识特 定 层 位 水 力 压 裂 裂 缝 扩 展 机 理 ， 建立更实用的数学模型具有重要的意义 。 目前国外 哈里伯顿研发中 心 、 荷兰 Ｄ 澳大利亚西南 ｅ ｌ ｆ ｔ大 学 、 威尔士大 学 、 美国 Ｔ ｅ ｒ ｒ ａ Ｔ ｅ ｋ公司及国内中国石油
页岩气储层水力压裂物理模拟试验研究
张 旭 ，蒋廷学 ，贾长贵 ，张保平 ，周 健
（ ） 中国石化石油工程技术研究院 ， 北京 １ ０ ０ １ ０ １
摘 要： 为了 给 彭 水 地区 页 岩气开发 提供 技术 支 持 ， 进 行 了 页 岩 储层 水 力压 裂 物 理 模 拟 试 验 研 究 ， 建立了一套 页 岩 储层 水 力压 裂 大 型 物 理 模 拟 试验方法 。 利 用 声 发 射 监 测 系 统 实 时 监 测 了 页 岩 压 裂 裂 缝 的 产 生 与 扩 展 演 化 过 程， 观 察 了 水 力压 裂裂缝 形 态 ， 并 探 讨 了压 裂 液 黏 度 、 地 应 力 差 异 系 数、 压裂液泵注排量等因素对水力裂缝形态及 其 扩 展的 影响 。 试验 结 果表 明 ， 随着压裂液黏度降低、 地 应 力 差 异 系 数 减 小， 水 力 裂 缝 沿 着 天 然 裂 缝 方 向 延 伸， 将 原 有 天然 裂缝 沟 通 并形 成 网络裂缝 。 根 据 泵 压 曲线变 化 结 果 ， 提出 在 实 际 压 裂 施 工 过 程 中 采 用 变 排 量 的 方 式 提 高 压 裂改 造 体 积 ， 这可 为 页 岩气压 裂 优化 设 计 提供 依 据 。 关键词 ： 页 岩气 水 力压 裂 物 理 模 拟 裂缝 延伸 （ ） 中图分类号 ： Ｔ Ｅ ３ ５ ７ ． １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ １ ０ ８ ９ ０ ２ ０ １ ３ ０ ２ ０ ０ ７ ０ ０ ５ － － －
［ １］
， 但
怎样提高页岩压裂改造体积是页岩压裂设 重要因素 ，
］ ８ １ ２ － 。目 前 认 识 裂 缝 的 手 段 只 计首先要 考 虑 的 问 题［
因其基质具有超低 渗 透 等 特 点 ， 大部分页岩气井需 要经过水力压裂改 造 后 才 能 获 得 比 较 理 想 的 产 量 。 彭水区块地处重庆 市 东 南 部 以 及 贵 州 省 北 部 ， 钻探 彭水地区 下 志 留 统 龙 马 溪 组 地 层 发 育 有 实践表明 ，
］ ２ ３ － ， 厚度达 １ 大段黑色页岩 ［ ０ ３ ｍ。 岩石物性分 析 认
； 。 收稿日期 ： 改回日期 ： ２ ０ １ ３ ０ ３ ０ ３ ２ ０ １ ３ ０ ３ ０ ８ － － － － ， 作者简介 ： 张旭 （ 女， １ ９ ７ ３—） ２ ０ ０ ２年毕 业 于 华 中 科 技 大 学 计 算 机 应用 专业 ， ２ ０ ０ ７年获得 长 江 大 学 油 气 井 工 程 专 业 硕 士 学 位， ２ ０ １ ０ 年 获 得中 国 石油 大 学 （ 北京 ） 油 气 井工程专业 博 士学 位 ， 在站博士后， 主要从 事 岩 石 力 学 方 向 的 研究工 作 。 （ ） 联系方式 ： ０ １ ０ ８ ４ ９ ８ ８ ６ ６ １， ３ １ ３ ７ ３ ４ ０ ３ ７＠ｑ ． ｃ ｏ ｍ。 ｑ 基金项目 ： 中 国 石 化科 技 攻关项目 “ 页 岩气 网络 压 裂机 理 及设 计 （ ） 方法 研究 ” 编号 ： 部分 研究 内容 。 Ｐ １ １ ０ １ ５
Ｐ ｈ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｈ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ Ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｏ ｆ Ｓ ｈ ａ ｌ ｅ Ｇ ａ ｓ Ｒ ｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｉ ｒ ｙ ｙ ｇ
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模拟试验研究 ， 但这 些 试 验 大 多 是 针 对 砂 泥 岩 等 常 规储层开展的 ， 页岩 储 层 水 力 压 裂 物 理 模 拟 试 验 研
１ ４］ 。为了给彭水地区页岩气开发提 究才刚刚 起 步 ［
供技术支持 ， 笔者开 展 了 该 地 区 水 力 压 裂 物 理 模 拟 建立了一 套 页 岩 储 层 水 力 压 裂 大 型 物 理 试验研究 ， 并探讨了压裂液黏度 、 地应力差异系 模拟试验方法 ， 数等因素对水力裂缝形态及其扩展的影响 。
第４ １ 卷第 ２ 期 ２ ０ １ ３年３月
石 油 钻 探 技 术 Ｐ Ｅ Ｔ Ｒ Ｏ Ｌ Ｅ ＵＭ Ｄ Ｒ Ｉ Ｌ Ｌ Ｉ ＮＧ Ｔ Ｅ ＣＨＮ Ｉ ＱＵ Ｅ Ｓ
Ｖ ｏ ｌ ． ４ １Ｎ ｏ ． ２ ， Ｍ ａ ｒ ． ２ ０ １ ３
油气开采
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］ １ １ １ ３ － 等人都开展了深部地层水力压裂物理 大学陈勉 ［
廓， 进一步推测出水力裂缝的方位 、 延伸范围和裂缝 发生顺序 。 为了观 察 试 件 的 水 力 压 裂 通 道 ， 在压裂 液中添加示踪剂 。 试 验 后 对 压 裂 试 件 再 次 进 行 Ｃ Ｔ 扫描 ， 并与压裂前 Ｃ 了解压裂后的 Ｔ 扫描进行对比 ， 裂缝分布规律 ， 校验声发射探头监测裂缝的有效性 ， 获得声发射监测裂缝的最佳布置Байду номын сангаас式 ， 实时监测水力 压裂裂缝的产生与扩展演化过程 ， 并对裂缝扩展分布 规律进行精确描述 ， 建立三维可视化裂缝分布图 。
为， 该套黑色页岩 富 含 有 机 质 ， 勘 探 开 发 潜 力 巨 大。 但基质渗透率极低 ， 只有 ９ 开发时必须 进 行 １ ． ５ｎ Ｄ， 水力压裂沟通天然裂缝 ， 产生高渗透路径 ， 才能获得
］ ４ ７ － 。 裂缝 发 育 程 度 是 影 响 页 岩 气 产 量 的 工业气流 ［
第４ １ 卷第 ２ 期