层理页岩水压致裂特性及对破裂压力的启示

煤炭科学技术
网络首发时间：2023-05-04 17:17:14

作者

沈仲辉周令剑李希建张胜跃周雷
单位

江西理工大学应急管理与安全工程学院贵州大学矿业学院西安石油大学电子工程学院重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室
摘要

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。根据研究，得到的主要结论如下：（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，这也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。
关键词

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
文章目录

1 引言
2 试验样品和试验方法
2.1试件制备
2.2 试验仪器和试验方法
3 试验结果
3.1 页岩的抗拉强度
3.2 页岩水压致裂试验
4 分析与讨论
4.1页岩水力压裂裂缝扩展模式
4.2 页岩水力压裂裂缝表面形态
4.3 页岩水力压裂破裂压力分析
5 结论
引用格式

沈仲辉,周令剑,李希建,张胜跃,周雷.层理页岩水压致裂特性及对破裂压力的启示[J/OL].煤炭科学技术:1-13[2023-06-03].DOI:10.13199/j.cnki.cst.2023-0028.
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