基于孔边应力集中的页岩渗透率模型及应力敏感性评价

页岩储层油气主要储集于基质孔隙,考虑不同应力状态下孔隙周边的应力集中,采用复变函数与保角变换计算孔隙变形,建立基于孔边应力集中的渗透率模型,基于实验结果验证渗透率模型可靠性,分析页岩渗透率的应力敏感性。结果表明:基于孔边应力集中的渗透率模型可合理表征有效应力和孔隙压力对页岩渗透率的影响,孔隙压力增大能减弱页岩渗透率对有效应力变化的敏感性;不同方向的有效应力对页岩渗透率的影响具有显著差异,椭圆孔隙短轴方向应力对渗透率的影响较椭圆孔隙长轴方向应力高30%;常规模型(CB模型)未考虑椭圆孔隙的孔边应力集中,显著低估孔隙压力和水平有效应力变化对页岩渗透率的影响;在单轴应变的条件下,常规模型显著高估椭圆孔隙短轴方向应力和上覆岩层应力对页岩渗透率的影响,低估页岩渗透率达32%。该结果为分析压裂应力方向变化较大的储层渗透率提供依据。

水力裂缝穿越非连续面扩展时的断裂过程研究

非连续面发育是非常规油气储层的显著地质特征之一,水力裂缝能否穿越非连续面扩展会关系到压裂的改造效果。为研究水力裂缝穿越非连续面扩展时断裂过程区(fracture process zone,简称FPZ)发育特征,采用自主设计的可视化压裂试验装置对含预制摩擦界面的砂岩平板试件开展水力压裂试验。基于数字图像相关法实时监测了水力裂缝正交穿越界面扩展过程中的位移及应变场特征。试验结果表明,水力裂缝穿越界面扩展之前,断裂过程区已经开始跨越界面发育;裂缝能否穿越界面扩展在FPZ的初始发育阶段已经注定,不受FPZ内应力软化过程影响。基于Renshaw-Pollard准则建立了考虑FPZ边界范围的裂缝穿越非连续面扩展准则,并通过前人及文中试验数据进行了可靠性验证。相比而言,改进准则更准确地考虑了裂缝前端线弹性断裂力学的适用范围。研究发现FPZ长宽比对裂缝穿越界面扩展准则有显著影响,相同条件下,FPZ长宽比越大,裂缝正交穿越界面扩展所需要的摩擦系数下限值越小。