湖相页岩水力压裂裂缝穿层扩展规律物理模拟

摘要

针对湖相页岩储层纵向非均质性强,层间岩性与应力差异大,泥灰岩、粉砂岩等夹互层发育,水力裂缝穿层扩展困难,导致体积压裂改造效果不佳的问题,采用湖相页岩露头岩样和等效人工岩样开展了水力裂缝穿层扩展物理模拟实验,研究了各项地质与工程参数对水力裂缝穿层扩展行为的影响规律。研究结果表明:在相似的实验条件下,湖相页岩露头岩样试件和人工岩样试件中的垂向主水力裂缝扩展形态基本一致,表明采用“分层浇筑+铺置A4纸”方案制作的人工岩样可等效替代湖相页岩露头岩样;层间弱面是阻碍水力裂缝穿层扩展的主要因素,水力裂缝扩展形态可分为3类,①水力裂缝沿层间弱面转向扩展,②水力裂缝穿透层间弱面但未激活层间弱面,③水力裂缝穿透并激活层间弱面;高注入排量(平均每簇射孔排量为5 m3/min)、高压裂液黏度(50 mPa·s)和高垂向地应力差(12 MPa)有利于水力裂缝实现穿层扩展,低压裂液黏度(5 mPa·s)则有利于激活层间弱面,增强水力裂缝复杂程度。建议压裂时先采用大排量和高黏压裂液促使水力裂缝纵向充分扩展,再采用低黏压裂液激活层间弱面,从而提高湖相页岩储层体积压裂改造效果。