水岩作用对页岩岩石物理性质的影响——以四川盆地下志留统龙马溪组页岩为例

页岩气的勘探开发离不开高效的钻井和有效的压裂,勘探开发过程中页岩—水的相互作用有利也有弊,但目前缺少水岩作用对页岩岩石物理性质影响的系统认识。为此,以四川盆地下志留统龙马溪组页岩为例,开展了页岩岩样的吸附性能、孔隙度、渗透率、声波速度和力学性能等测试与分析,研究了水岩作用对龙马溪组页岩岩样孔隙结构的影响,并讨论了页岩孔隙结构的变化规律。研究结果表明:(1)页岩中水相的存在会降低甲烷的吸附量,导致页岩对甲烷吸附能力的降低;(2)随着页岩在水中浸泡时间增加,页岩孔隙度和渗透率由快速上升变为缓慢上升,且页岩渗透率的增大幅度明显大于孔隙度增幅;(3)随着浸泡时间增加,页岩声波速度降低、衰减系数增大,且衰减系数的增幅要明显大于波速降幅;(4)随着浸泡时间增加,页岩单轴抗压强度和断裂韧性呈下降趋势;(5)随着浸泡时间增加,页岩比表面积、总孔容、平均孔径呈增大趋势,水岩作用过程中的页岩孔隙形态类型不发生较大的变化,且较大孔隙(孔径大于5 nm)的分形维数与浸泡时间呈良好的正向关系。结论认为:(1)水岩作用在一定程度上可以改变页岩的岩石物理性质,导致页岩的岩石强度和断裂韧性降低,弱化页岩气地层钻井过程中的井壁稳定性;(2)水岩作用也会导致页岩中裂缝尖端处应力强度因子增大,有利于页岩中裂缝延伸与扩展,加快页岩气渗流速度,促进页岩气解吸,提高页岩气产量,缩短页岩气井的生命周期,提高页岩气开发的综合效益。