页岩储层可压性调研及新发现

摘 要：如何高效经济开采页岩气引起国内研究人员的重视。开采页岩气常用的方法就是水力压裂法，压裂最重要的是形成网状裂缝，研究表明页岩可压性随着外界因素的变化而呈现出一定的规律，于是在提出了“可压度”这个概念来评价储层可压性，页岩气储层的可压度与脆性指数呈正相关，与断裂韧性呈负相关，可压度可以由脆性指数和断裂韧度之比来表征，可压度越大，可压性越好，可压度可以更好地评估储层开采效果。

关键词：压裂；可压度；脆性指数；断裂韧度；矿物含量

中图分类号：TQ 000 文献标志码：A 文章编号：1671-0460（2016）00-0000-00

可压度就是储层通过压裂形成裂缝达到增产的性质，即可压性，是评价页岩储层的重点之一。国内外学者多从岩石矿物组分或岩石力学等方面对泥页岩的可压裂性进行了分析。

Jarvie[ 1 ]等认为脆性矿物含量是页岩脆性的主要因素，以页岩脆性衡量可压裂性。Breyer[ 2 ]通过弹性模量、泊松比评价可压裂性。唐颖[ 3 ]从脆性指数、岩石矿物、岩石力学特性等方面分析泥页岩可压裂性的影响因素，并建立压裂级别。袁俊亮[ 4 ]等在国内外学者对泥页岩可压裂性研究的基础上，综合测、录井信息，结合岩石力学参数、岩石矿物组分等信息，对泥页岩储层的可压裂级别进行定性、定量评价分析，并建立泥页岩储层压裂高度的预测方法。

储层可压度影响因素有很多，主要包括矿物组成、脆性指数、断裂韧度、孔隙度和渗透率等。岩石脆性矿物的含量在一定程度上决定了储层的可压性，一般脆性矿物含量越高，脆性指数越大，可压性越强，越容易产生天然裂缝。随着黏土矿物含量增加，岩样的抗压强度和弹性模量会明显降低，泊松比则呈上升趋势。断裂韧度表征了泥页岩在压裂过程中的蠕变性能，断裂韧度越强，证明泥岩塑性越好，可压性就越差。本文主要研究这两个因素对可压度的影响。

1 影响可压度的主要因素分析

1.1 断裂韧性的研究

鉴于断裂力学历史上是材料强度研究的发展，因此，为了决定破坏是发生或是没有发生，就得把结构应力与某些材料强度进行比较，断裂力学的基本材料参数称为断裂韧性。

仅仅通过弹性模量与泊松比并不能完全判断储层可压度，还得考虑储层断裂韧性。

断裂韧性是一项描述储层压裂程度的重要因素，反映的是压裂过程中裂缝形成之后维持裂缝继续延伸的能力。

在线弹性断裂力学中，根据岩石位移形态可将裂缝分为3类，张开型（I型）、错开型（II型）和撕开型（Ⅲ 型）。

任何一种裂缝状态均可由这3种基本形式叠加得到，叠加的裂纹统称为复合型裂纹或混合型裂纹。

在页岩气体积压裂中形成的裂缝最常见的是I型与 II型，在地应力场或者岩性剧变的地层也有可能出现混合裂缝。

根据陈治喜的研究，在无围压下页岩的I型断裂韧性K与单轴抗拉强度St存在如下关系：

断裂韧度在一定程度上会影响到岩石的脆性指数。

1.2 脆性指数因素分析

表征页岩脆性的主要岩石力学参数有杨氏模量和泊松比，杨氏模量反映了压裂后页岩保持裂缝的能力；泊松比反映了在压力下页岩破裂的能力，即页岩的弹性大小。页岩杨氏模量越高，泊松比越低，脆性越强。脆性系数是定量表征页岩脆性的主要参数。页岩杨氏模量和脆性系数越高，泊松比越低，脆性越强。

依据脆性系数、裂缝发育程度及脆性矿物含量等参数，还可以划分泥页岩可压裂级别，并进一步证明该地层存在裂缝，可压裂性较好。

2 页岩可压度评价

页岩气储层的可压裂性显然与脆性指数呈正相关，与断裂韧性呈负相关。对于受多重因素影响的指标，可以用乘积的方法综合各种因素的影响 。在此定义可压裂指数（Frac）来表示储层压裂的难易程度，形式如下：

Frac=2Brit /KICKIIC

其中，断裂韧性取I型与II型的平均值。

3 结论

页岩可压度评价工作对于前期压裂可行性评估、优选压裂层段、预测压裂效果有着重要意义，影响储层可压度的因素很多，如岩石脆性、天然裂缝发育程度、埋藏深度、水平应力差、成岩程度等。同时储层可压裂性还受到地下高温高压环境的影响。各种影响因素之间相互关联、相互作用，形成了复杂作用体系。研究认为，岩石脆性不仅能够显著影响井壁稳定性，同时对压裂效果也有非常重要的影响。

参考文献：

[1] Wang D， Ge H， Wang X， et al. A novel experimental approach for fracability evaluation in tight-gas reservoirs[J]. Journal of Natural Gas Science & Engineering， 2015， 23：239-249.

[2] Jin X， Shah S N， Roegiers J C， et al. Fracability Evaluation in Shale Reservoirs - An Integrated Petrophysics and Geomechanics Approach[J].Spe Journal，2014， 20（3）：518-526.

[3] 张辉，罗文波.建南气田页岩储层可压性评价方法研究[J].中国西部科技，2015（8）：31-33.

[4] 郭海萱，郭天魁.胜利油田罗家地区页岩储层可压性实验评价[J].石油实验地质，2013（3）：339-346.

[5] 廖东良，肖立志，张元春.基于矿物组分与断裂韧度的页岩地层脆性指数评价模型[J].石油钻探技术， 2014（4）：37-41.

[6] 刘新荣，傅晏，郑颖人等.颗粒流细观强度参数与岩石断裂韧度之间的关系[C]. 2011全国青年岩石力学与工程学术大会，2011.

[7] 张盛，王启智，梁亚磊.裂缝长度对岩石动态断裂韧度测试值影响的研究[J].岩石力学与工程学报，2009，28（8）：1691-1696.

[8] 姚飞.水力裂缝延伸过程中的岩石断裂韧性[J].岩石力学与工程学报，2004，23（14）：2346-2350.

[9] 高远，宫能平，罗裕繁.岩石材料动态断裂韧性的实验研究[J].安徽理工大学学报：自然科学版，2012，32（1）：13-16.

作者简介：

陈艳秋（1900-），女，河南周口人，硕士，2015年毕业于辽宁石油化工大学，油气储运工程。

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