硬脆性页岩应力和水化依赖的各向异性损伤研究-天然气工业.PDF

第37 卷增刊1 钻 井 工 程 · 181 · 硬脆性页岩应力和水化依赖的各向异性损伤研究 1 1 1 2 桂俊川 　陈 平 　马天寿 　袁和义 1. “油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·西南石油大学　2. 中国石油西南油气田公司川西北气矿气田维修中心 摘　要　通过开展页岩在不同浸泡时间下的三轴压缩声发射实验，测量了不同围压和不同钻井液浸泡时间条件下页岩样品的声 波速度，研究和分析了应力和水化作用对页岩声波速度、弹性参数和损伤情况的影响。主要得出了以下结论：①获得了页岩的超声 波响应特征，并分析了对称轴与层理面夹角、围压和钻井液浸泡时间对波速的影响；②分析和对比了弹性参数随围压和钻井液浸泡 时间的变化规律，结果表明弹性参数的变化受应力和水化的共同作用；③研究了各向异性条件下页岩随应力和水化作用下的损伤特征， 发现页岩的微裂缝主要沿水平向展布，岩石的损伤是一个应力和水化耦合的结果。 关键词　页岩　波速　应力依赖　水化依赖　各向异性　损伤参数 DOI: 10.3787/j.issn.1000-0976.2017.S1.027 0　引言 研究显得尤为重要。钻井和压裂增产改造均属于地 下工程，而地下工程总是受到地应力的影响，Mavko 页岩气是一种重要的非常规能源，受北美页岩 [12] 认为 岩石中不连续的微裂缝是造成应力各向异性 气革命的影响，我国也加入到了页岩气的勘探与开 的原因。基于Schoenberg[13] 提出的一个两种弹性介 [ , ] 1 2 [ - ] 发热潮中 。我国的页岩气产层主要分布于侏罗系、 质之间不完美接触的简单模型，Sayers 等 14 15 指出， [ ] 3 三叠系、二叠系和石炭系等中深部地层 ，页岩气 脆性岩石在加压过程中的失效是由于存在于岩石中 的成功开发依赖于水平井钻井和体积压裂两大关键 的具有方向性分布的微裂缝的扩展、连通造成的，并 [ ] [ - ] 4 5 9 技术 。国内外许多学者的实验和理论研究表明 ， 且这些微裂缝的存在而造成的各向异性可以用二阶 页岩地层层理性较强，垂直和平行于层理方向上的 和四阶张量来表示。Sarout[16] 通过开展页岩岩样的三 岩石力学特性差异较大。页岩气井具有水平段长和地 轴压缩声发射实验，获取了不同围压条件下的声波速 层层理发育、力学性质脆、部分井段还具有高陡倾角 度，进而评价了不同围压情况下的损伤情况。唐杰 等特点，在钻井过程中经常遇到井眼垮塌、漏失等 [17]