煤炭科学技术

作者：沈仲辉, 周令剑, 李希建, 张胜跃, 周雷,

关键词：页岩气开发, 水压致裂, 页岩层理, 破裂压力, 抗拉强度, 扩展形态, 裂缝粗糙度,

水力压裂是页岩气开发中常用的储层改造技术，破裂压力的准确预测对于现场压裂施工设计至关重要。为探究页岩层理对水力压裂的影响机制，以四川长宁地区黑色页岩为研究对象，对含层理的页岩进行巴西劈裂抗拉强度测试，利用GCTS岩石力学试验机开展不同层理角度下页岩的水压致裂试验，结合X射线CT机和三维扫描仪对页岩的扩展形态及裂缝表面粗糙度进行表征，并对页岩水力压裂的破裂压力进行分析。结果表明：①页岩的抗拉强度随层理角度变化呈先减后增的变化趋势，各向异性明显；②层理的存在对页岩水力压裂的破裂压力影响较大，不同层理角度条件下页岩水力压裂的破裂压力与抗拉强度的变化规律相似，在30°最小，90°最大；③层理面对水力压裂裂缝扩展的影响较小，主要是拉伸破坏产生的单裂缝，裂缝面粗糙度较高且与层理方向无关；④通过数值仿真确定了压裂井筒塑性区的存在，解释了试验中观察到异常高的破裂压力，说明水力压裂裂缝起裂后存在一定的临界起裂特征长度，岩石需要经过裂纹孕育阶段才能完全破裂，不同层理角度页岩通过临界起裂特征长度来影响起裂压力，采用新的模型能较好预测页岩水力压裂的破裂压力。研究结果对于了解深部页岩裂缝起裂扩展机理、压裂施工设计等具有一定的参考意义。

来源：2023年第11期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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