页岩结构面特征及其对水力压裂的控制作用

摘要

页岩是沉积岩中的一种,具有十分明显的层理构造.探究页岩层理结构面对其水力压裂行为的影响,对页岩气的开采具有重要意义.通过对鄂尔多斯盆地南部延长组页岩不同尺度下(米级到十微米级)沉积结构特点的分析,结合不同层理倾角条件下的大尺寸页岩试样水力压裂试验,研究了页岩结构面(层理面)的特征及其对水力压裂过程和结果的控制作用.结果表明,米级、分米级、厘米级、毫米级和10微米级等不同研究尺度下的纹层平均厚度分别为2.26 m,2.09 dm,1.70 cm,1.48 mm和11.7μm,呈现出分形特征,且分形维数为1.06.页岩水力压裂行为受层理结构面影响显著,主要体现在压裂前后裂缝形态对比与破裂压力两个方面.层理倾角小于30°时,页岩试样压裂前后裂缝形态对比明显,新生裂缝较多,破裂压力较大,且随着层理倾角的增大急剧减小;大于45°时,压裂前后试样的裂缝形态几乎没有改变,破裂压力较小,且随着层理倾角的增大呈现小幅度的波动;整体上不同层理面角度下页岩的破裂压力呈斜"S"型变化.试验中的裂缝扩展,水压曲线以及破裂压力随层理倾角的不同均发生变化.