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摘要：结合页岩气储层力学特征，本文对地质因素和工程因素这两类页岩气储层体积压裂缝网形成的主控因素展开了分析，然后对压裂缝网形成的评价方法进行了探讨。
关键词：页岩气储层；体积压裂缝网；主控因素；形成评价
引言：页岩气为非常规天然气，开发需要完成储层大规模改造。采用水力压裂技术，则要做好体积压裂缝网形成控制与评价，才能提高储层渗透率以增加页岩气产量。因此，还应加强对页岩气储层体积压裂缝网形成的主控因素及评价方法的研究。
1页岩气储层力学特征
页岩由粘土矿物、有机质等硅质矿物及碳酸盐矿物构成，将对页岩基质孔隙和微裂缝发育程度等产生影响。凭借井下成像技术等技术和井下页岩岩芯，页岩被证实地层中常发育复杂裂缝。作为页岩气储层的典型力学特征，层理发育将与天然裂缝构成岩石弱胶结面，同时页岩具有弹性各向异性的特征，以至于页岩水力裂缝宽度复杂。因为不同岩层拥有不同岩性，相应弹性力学参数不同，导致水力裂缝宽度会受地层非均质性影响。所以页岩气储层水力裂缝并非180°对称双翼方向延伸的单一平面裂缝，而是由长、宽、高不同裂缝组成的复杂裂缝网。如图1所示，为由简单到复杂的裂缝分类示意图。体积压裂缝网的形成，则是受地层非均质性、天然裂缝和水力压裂作用的共同影响，形成的裂缝受复杂极端高度限制，同时具有较强多样性。在页岩气储层中脆性矿物富集的情况下，页岩脆性较高，可压裂性较好，在水力压裂中容易形成裂缝。同时受外力作用形成天然裂缝与水力裂缝耦合，则会构成树枝-网状结构缝[1]。从川南地区龙马溪组的页岩样品测试情况来看，脆性指数在30%-60%之间，平均超出40%，则较容易出现网状裂缝。然而实际上，单凭脆性矿物含量等力学参数，无法确定储层可压裂性。因为在高脆性层段，依然可能出现因阻止水力压裂而发生的裂缝隔层进一步扩展的情况，因此还要根据应力衰减速率、可压裂指数等确定裂缝延展性。从页岩储层本身特征来看，具有脆性矿物富集、敏感性低、泊松比低和杨氏模量高等性质的页岩层，更容易形成体积压裂缝网。
图1 由简单到复杂的裂缝分类示意图
2页岩气储层体积压裂缝网形成的主控因素
从页岩气储层力学特征来看，想要完成容易形成体积压裂缝网的页岩气储层的筛选，不仅需要对压裂工程技术措施进行优化，还要结合储层地质因素确定其是否具有较好的可压裂性。因此从总体来看，地质因素和工程因素是控制页岩气储层体积压裂缝形成规模和扩展形态的主要因素。
2.1地质因素
从地质因素角度来看，地下岩石介质各部分需要通过接触产生由构造应力、重力应力、孔隙压力等力构成的地应力，在压裂施工的过程中如果水力裂缝尖端流体压力超出地应力，岩石将产生水力裂缝，产状及延伸则受水平主应力差和逼近角影响。如果应力差较小，说明储层地应力各向异性较低，容易产生宽网状裂缝群，反之则容易形成线性裂缝带。水力裂缝的展布，同样会受到水平主应力差的影响，如表1所示。压裂缝的扩展，同时也会受到天然裂缝的影响。在储层有天然裂缝发育的情况下，说明其脆性较高，岩石的均匀性已经遭到破坏，所以压裂性较好。相反，无天然裂缝将给后期水力压裂带来难度[2]。天然裂缝发育规模较长，意味将对实力压裂诱导峰产生较大干扰，容易促使复杂缝网的产生。因此针对天然裂缝发育较长的储层，可以对走向平缓部位进行分段压裂试采，促使诱导峰沿着天然裂缝转向。
表1 水平主应力各向异性对体积压裂缝扩展产生的影响
2.2工程因素
除此之外，页岩气储层体积压裂缝网以及储层改造体积还会在一定程度上受到包括射孔与起裂的方式、压裂液与支撑剂的实际性能以及施工总液量等在内的各种工程因素的影响。通常情况下需要先进行射孔作业后再实施压裂工程，在压裂初始阶段，在定向射孔位置处比较容易出现破裂情况形成若干细小裂缝，且裂缝相互连接逐渐扩散成为诸多裂缝。而当射孔方位角与密度越来越大，射孔段厚度值逐渐增加且间距愈来愈小时，也极易出现多裂缝。但值得注意的是，如果无限制的增大密度、射孔段厚度等，反而也会出现砂堵或施工压力迅速升高等问题，从而影响最终的储层改造。另外，也有研究人员通过反复实验发现控制裂缝扩展还会受到施工净压力的作用影响，当施工净压力逐渐提高下，沿着天然裂缝转向延伸的水力裂缝范围将会快速增大，进而有效形成复杂程度较高的裂缝网络。而使用的额压裂液黏度、流变等性质同样对体积压裂裂缝延伸、扩展产生直接的影响作用，进而影响储层改造体积。正常情况下，随着压裂液黏度的逐渐降低，裂缝导流能力伤害将会逐渐减小，此时将会在无形中大大增加施工反排量，从而有效增强造缝能力，原本双翼形态的裂缝也会慢慢发展成裂缝网络。而天然石英砂等支撑剂，在强度以及圆球度不断增大的情况下，支撑与导流能力也会有所增强，从而进一步扩大支撑剂支撑裂缝规模。
现阶段也已经有研究证明施工总液量会直接影响着体积压裂裂缝延展的长度、宽度。当压裂施工液量越来越大时，网络裂缝延伸长度也会明显增长。因而受此影响，当前在压裂过程中通常会采用较大的注液量，一般在2000到5000m³的范围内。与此同时，随着注液速度的逐渐加快，液体将会传递出更大的能量，使得被开启裂缝数量逐渐增多，由此大大扩大压裂改造规模。
3页岩气储层体积压裂缝网形成的评价方法
3.1实验评价方法
在室内实验评价当中主要涉及对储层可压裂性以及敏感性的评价。在此过程中，需要将断裂韧性以及应力衰减指数等重要参数引入其中
论文作者:董守涛
论文发表刊物:《防护工程》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/29
标签：裂缝论文; 页岩论文; 压裂论文; 体积论文; 水力论文; 因素论文; 脆性论文; 《防护工程》2018年第19期论文;