頁巖在水壓致裂過程中破裂規(guī)律的數(shù)值模擬研究

任 諾，宋懷雷，楊 超，王文濤

(貴州大學(xué)土木工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

1 概述

隨著常規(guī)油氣的不斷開采和消耗，致使資源儲量日益減少，同時資源在開采和使用過程中對全球氣候環(huán)境造成了的嚴重破壞，因而，此類問題引起世界各國對新能源的不斷地勘探與開發(fā)[1- 3]。據(jù)預(yù)測我國頁巖氣可采量達21.8萬億m3，位居世界第一[4- 5]，同時，勘探油氣資源在我國將來的資源布局中戰(zhàn)略地位極高[6- 8]。

頁巖氣是指在地質(zhì)構(gòu)造演化過程中以吸附、游離等形式殘留于頁巖儲層中的天然氣資源，具有分布廣、發(fā)育層系多和儲存量大等特點。然而，頁巖氣井往往都不能直接開采，超過90%的都需要經(jīng)過頁巖氣儲層壓裂改造之后才能直接投入生產(chǎn)，其原因在于頁巖儲層深埋大，所處的環(huán)境是高圍壓狀態(tài)，且頁巖基質(zhì)具有孔喉細小、滲透極低等特點[9- 10]。如今頁巖氣開采已然成為我國綠色能源開發(fā)的新領(lǐng)域[11- 12]。同時探究頁巖的力學(xué)性質(zhì)、破裂模式和裂紋擴展對頁巖氣的開采具有重要的研究價值。

眾多國內(nèi)外研究學(xué)者針對頁巖的力學(xué)性質(zhì)、破裂模式及裂紋擴展做過大量研究。美國科學(xué)院院士Ba?ant[13]研究表明在水力壓裂裂縫擴展中，局部裂縫失去擴展穩(wěn)定性在一定程度上會導(dǎo)致頁巖最終破壞；孫可明[14]通過試驗研究水力壓裂作用下層理效應(yīng)對頁巖的力學(xué)性質(zhì)影響，證明層理方向是水力壓裂裂紋擴展方向的主控因素；崔恒濤[15]從微觀角度出發(fā)，分析頁巖力學(xué)性質(zhì)與礦物含量及空間分布之間的關(guān)系。……