頁巖形變及破壞特征研究進(jìn)展及展望

楊兆中， 余秋爽， 李小剛， 何 睿， 靳文博， 許國瑞

(1. 西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 成都 610500； 2.中國石油長慶油田分公司第二采氣廠， 榆林 719000)

隨著世界油氣資源需求逐漸上升與常規(guī)油氣資源產(chǎn)量的下降，非常規(guī)油氣資源的開采就變得越發(fā)重要，急需致密油氣、頁巖油氣等非常規(guī)油氣資源發(fā)展為“常規(guī)”資源[1]。中國頁巖氣資源量十分豐富，據(jù)Energy Information Administration(EIA)評價(jià)中國頁巖氣可采資源量超過31.6×1012m3[2]，與美國淺層頁巖相比，中國頁巖氣埋藏深度更深，礦物組成發(fā)生改變，各向異性特征更為明顯，且中國頁巖儲層的主要開發(fā)方式為水平井分段壓裂和體積壓裂[3-4]，壓裂過程中更應(yīng)注意巖石性質(zhì)變化。開展巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)可以為選井選層，判斷壓裂過程中儲層的造縫能力與形成復(fù)雜縫網(wǎng)的能力、研究浸泡液體后儲層井壁穩(wěn)定性及為縫網(wǎng)體長效壓裂理論提供指導(dǎo)等。總體來講，正確的頁巖特征在頁巖氣鉆井、勘探、完井和生產(chǎn)中至關(guān)重要[5]。

一般的力學(xué)特征主要為形變特征與破壞特征，為此，現(xiàn)從室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、理論研究和數(shù)值模擬三個(gè)方面進(jìn)行了文獻(xiàn)調(diào)研，對頁巖形變與破裂特征研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述并提出展望，以期為今后的頁巖油氣開發(fā)提供研究方向。

1 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)作為認(rèn)識巖石力學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)，前人已完成了大量室內(nèi)物理實(shí)驗(yàn)并研究頁巖力學(xué)參數(shù)的分布規(guī)律及影響因素，揭示了頁巖的形變及破壞特征。

頁巖形變特征有三種：彈性、塑性、蠕性，主要表現(xiàn)為彈-塑性，在某些研究中甚至表現(xiàn)出單一的彈性階段而不存在明顯的塑性階段。……