文摘

页岩的渗透率极低。因此,页岩储层压裂需要。压裂的裂缝网络可以增加刺激页岩储层的渗透率。理解在刺激页岩储层渗透率演化,本研究测量了完好无损的渗透率和破碎页岩样品具有不同孔隙压力和围压的瞬态脉冲试验。和两种样品渗透率之间的差异进行了分析。结果表明,破碎页岩渗透率的大小相比增加了5个订单完整的页岩。这意味着压裂后裂缝网络可以有效地提高渗透率。此外,基质渗透率的变化是综合效应的结果滑脱效应和矩阵的变形。在低孔隙压力,滑脱效应的影响更显著。结果的基础上,建立了一种改进的指数函数来描述页岩的渗透率与有效应力之间的关系矩阵。 Moreover, the permeability of fractured shale is still bigger than that of the shale matrix when the confining pressure is larger than pore pressure. This paper provides theoretical guidance for studying the evolution of reservoir permeability before and after fracturing.

1。介绍

低渗透率和孔隙度的页岩导致页岩气开采困难(1]。幸运的是,结合地下深处形成的复杂结构(2可以刺激),水库水力压裂。水力压裂页岩气开发是一种有效的方法。压裂的目的是建立裂缝网络通过生产更多的骨折。刺激页岩储层中气体的流动路径包括页岩基质和裂缝网络(3,4]。很难流与低渗透矩阵。因此,裂缝是主要的页岩气的流动路径。

首先,矩阵的渗透率是影响压力和流动机制5,6]。先前的研究表明,影响渗透率页岩储层的应力状态。形成的压力是影响地下资源开发(7,8]。开采页岩气,储层压力降低,有效应力增加,这将导致页岩矩阵的变形和储层渗透率的变化(9]。应力敏感性定义来描述孔喉收缩对渗透率的影响(10]。因此,了解页岩储层的渗透率与应力之间的关系可以为有效的页岩气开发提供指导。此外,渗透矩阵也受到矩阵的孔隙度的影响。由于矩阵的孔隙度小,气体滑脱效应的矩阵是重要的在低压力(5]。

应力敏感性是孔喉收缩对渗透率的影响。孔喉收缩是有效应力变化的结果。因此,在页岩渗透率有效应力是一个重要的因素。有许多研究渗透率和有效应力。它们之间的关系可以被描述为指数,对数和权力关系11]。在实验室试验的基础上,盾等。12)采用幂指数定律来描述渗透率与有效应力之间的关系。和其他一些学者[13,14]表明,幂函数来描述这种关系是合适的。也有一些研究,应用对数关系来描述渗透率应力敏感性的。琼斯(15]描述破碎碳酸盐岩渗透率对有效应力由对数经验关系。沃尔什(16)代表这个对数关系的理论推导过程通过使用泊肃叶断裂系统的方程。其中,最受欢迎的实证关系的指数关系。Zhang et al。17)测量了页岩的渗透率较低的志留纪Longmaxi形成和建议指数律可以描述页岩渗透率和各种有效应力之间的关系。其他的研究(18- - - - - -20.)对页岩渗透率还显示,指数律是一个适当的方法的关系。总之,是最被广泛接受的指数关系。因此,指数函数被选为基本描述渗透率与有效应力的关系。

骨折是主要的流动路径。因此,考虑到骨折是重视页岩储层的渗透率。有一些实验室或理论研究破碎页岩的渗透率。吴et al。21和谭等。22]研究proppant-supported骨折的渗透率演化动态应力条件下通过一系列实验。通常,破碎页岩裂缝是由人工分割。除此之外,一些分裂骨折后生成高温暴露在阴等人的实验23]。根据断裂的核心,苏et al。24]研究了机械的影响开放(正常位移)骨折的渗透率。周et al。25]表明,裂缝渗透率主要是取决于几个因素,包括剪切位移积分断裂平面的粗糙度,和当地的粗糙度。马等。26]研究了立方样品的各向异性渗透率较低的志留纪Longmaxi形成。结果表明,裂隙渗透率在平行于层理方向上的关键。和周et al。27)调查了渗透率变化刺激了页岩气储层在高有效应力。然后,他们得到stress-dependent裂缝渗透率模型基于压缩性骨折模型。阴et al。28stress-dependent流进行测试真正的岩石标本含有裂缝网络与各种包括角度。陈等人。29日]推导理论页岩渗透率与有效应力之间的相关性。结果表明,裂缝渗透率与储层压力下降可能会明显减少。

有一些有意义的结果对页岩的渗透率在先前的研究。然而,研究页岩矩阵的应力敏感性主要是基于研究和高孔隙压力,和更少的是考虑孔隙压力较低的渗透率变化规律。在这项研究中,完整的页岩的渗透率(页岩矩阵)和破碎页岩作为压力测量的函数。页岩渗透率的矩阵,我们测量下的渗透率应力敏感性低和高孔隙压力。此外,我们改进了指数模型来描述页岩的渗透率与有效应力矩阵。通过比较新模型与实验结果和现有文献的实验数据,结果表明,改进的指数关系具有更高的拟合精度。破碎页岩,我们分析破碎页岩的渗透率演化规律并讨论刺激新的骨折的原因关闭后仍能增加储层渗透率。此外,应用等效裂缝宽度描述裂缝的渗透率有效应力和等效裂缝宽度之间的关系,建立了。结果包括页岩的渗透率演化矩阵和断裂系统,它提供了一种理论依据刺激储层的渗透率演化过程中的页岩气开发。

本文的创新主要体现在以下三个方面。本文的第一个创新是补充和完善实验计划。实验测试渗透率的变化在低孔隙压力和高孔隙压力条件下,讨论了滑脱效应和有效应力对渗透率的影响。之前的大多数人只考虑高孔隙压力条件下有效应力的影响。此外,这个实验还测量了破碎页岩的渗透率和完整的页岩和分析断裂的影响的整体渗透率页岩样品相比之下。第二个创新是改进传统的指数关系。拟合结果这个实验和其他文献的实验结果表明,改进的关系具有更高的拟合精度。第三个创新是分析原因压裂后的裂缝的渗透率仍然高于矩阵,当围压大于孔隙压力。

2。材料和方法

2.1。介绍样本

样本取自Longmaxi形成的长宁部分Shuanghe镇,四川盆地。抽样地点位于燕姿村,Shuanghe镇,宜宾城市,四川,中国。花纹Longmaxi形成由黑色,gray-black,深灰色的钙质和硅质页岩、砂质页岩。是整合接触底层上奥陶系。

被选出的单轴压缩试验和SEM测试确定样品的力学性能和微观结构。单轴压缩试验表明,弹性模量的范围在14.04 - -25.69的绩点和泊松比在0.14到-0.389之间。结果表明,样本难以变形具有较高的弹性模量。弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形的能力。然后,弹性模量越大,物体越大抵抗弹性变形的能力。在一定载荷下,弹性模量越大,变形越小。

SEM测试有一个超高分辨率和能产生二次电子图像表面的各种固体标本和全面分析了岩石的表面特征30.,31日]。SEM测试来了解页岩的微观孔隙结构样本。结果如图所示1。图1(一)是一个页岩表面的SEM照片放大了1000倍。图中显示,空洞主要包括裂隙和孔隙。表面孔隙体积的主要作用。更清楚地显示作用,当地微孔隙(黄色矩形图1)被放大。图1(b)显示了SEM照片放大了5000倍。在图中,参考范围是40μm。从图可以看出,孔隙大小明显小于规模长度。因此,纳米级的微孔隙的矩阵规模。除了微孔隙,表面有一些分散的骨折。骨折区域放大局部观察骨折的形态。数据1(c) 1 (e)显示三个裂隙的形态,分别。如数据所示,裂缝的长度远远大于微孔隙的半径。微孔隙连接的长骨折。的微观结构矩阵表明,孔隙在矩阵的规模非常小。小毛孔导致低渗透。除此之外,还有一些骨折。然而,骨折不够长,联系其他骨折。因此,矩阵的渗透率仍然很低。在某种程度上,可以认为一些裂隙不增加渗透率。

2.2。样品制备

其主要目的是研究完整和破碎页岩的渗透率变异。如图2,有4个圆柱样品直径25毫米和50毫米的高度从露头钻。其中,KJ1和KJ2是完整的核心没有骨折。KJ3和KJ4核心用人工骨折骨折。断裂的核心的示意图如图2 (b)。如图,断裂位置大约在中间的核心穿透这个核心。结束表面如图2 (c)。获得准确的实验结果,几何形状,重量,每个核心测量孔隙度。表中列出的细节1。

从表1,页岩基质的孔隙度范围从4.08%到4.71%不等,而断裂的芯的孔隙度范围从6.77%降至7.01%。每个样品的孔隙度较低的总体规模。此外,支离破碎的孔隙度的核心是略大于完整的核心。这表明骨折增加样品的孔隙度。

2.3。实验室测量系统

黑石二物脉冲试验机,联合开发的岩土力学研究所中国科学院和西南石油大学,选择测量渗透率。这个设备的照片如图3(一个)。瞬态脉冲和这个设备措施渗透率的方法。这个测试系统主要包括一个封闭系统,上游系统,下游系统,核心持有人。绘制在图所示的细节3 (b)。围压(CP)系统的可达60 MPa,和孔隙压力(PP)可达到40 MPa。

这个设备措施渗透率的瞬态脉冲的方法。首先,系统内的压力应该是平衡的。一旦压力平衡,瞬态脉冲应用于上游室(V1,图3)。然后,V1的压力将逐渐转移到下游室V2。因此,V1的压力减少,V2的压力增加,直到达到一个新的压力平衡。压力衰减曲线在V1可以绘制的压力变化。基于这条曲线,磁导率的测试样本可以获得。瞬态脉冲的渗透率的数学模型方法是(32,33] 在哪里是压力(MPa),是距离以及测量岩石样品的长度(厘米),是测量岩石的渗透率样本(μ米²),是液体的动力粘度(10³Pa·s),孔隙度,是流体的压缩系数(MPa¹),是样品的压缩系数(MPa¹),是孔隙压缩系数样本(MPa¹)。边界条件是 在哪里截面尺寸(厘米吗²),是上游室的体积(厘米³),是下游室的体积(厘米³)。初始条件是 在哪里脉压时上游的压力室应用(MPa)。

瞬态脉冲方法的数学模型主要包括一个近似方法,板方法,琼斯的方法。由于媒介在这个实验中是氮,琼斯的方法被选为这个测试(34]。琼斯的方法是一个简化数学模型的瞬态脉冲的方法。透气性的解析解可以表示为 在哪里压力衰减曲线的斜率,粘度(10³Pa·s),气体压缩的校正因子,质量流量的校正因子,平均孔隙压力(MPa)。

2.4。实验测试过程和设计

瞬态脉冲试验页岩渗透率可分为两部分:老化试验和测量。老化测试中起着至关重要的作用的渗透率应力敏感性的测量。老化试验消除不可逆转的变形测试的装卸过程中围压。因此,岩石样本首先受到老化试验。通过老化试验,测试结果的稳定性和可靠性可以改善。老化试验的步骤如下。首先,孔隙压力和燃烧室压力应稳定。和孔隙压力维持在0.8 MPa。然后,围压是按顺序从5 MPa提高到40 MPa的步骤5 MPa。接下来,从40 MPa围压降低到5 MPa 5 MPa的每一步。 When the confining pressure is stabilized for every step, a pulse pressure is applied to determine the corresponding permeability. Repeat the loading-unloading pressure process.

老化试验完成后,可以测量样品的渗透率。起初,渗透率变化的孔隙压力与固定围压的30 MPa测量。测量结果绘制在图4。渗透率下降,然后上升随孔隙压力的增加。图所示,转折点是6 MPa的孔隙压力。根据文献[5),滑脱效应的矩阵与低孔隙压力是显而易见的。滑脱效应可以增加透气性。滑脱效应变得较弱的孔隙压力上升。因此,渗透率下降随着孔隙压力的上升。滑脱效应只发生在页岩矩阵,而气体层流的断裂系统。因此,本实验讨论了低孔隙压力(2 - 6 MPa)和高孔隙压力(日到24日MPa)完整的页岩。此外,分析破碎页岩的渗透率演化,破碎页岩的渗透率测试方案设计。总结了实验设计的详细信息表2。

3所示。结果

3.1。完整的页岩的渗透率

图4显示的渗透率曲线KJ1以固定围压和孔隙压力变化的30 MPa。随着孔隙压力上升,渗透率下降,然后上升。当孔隙压力小于6 MPa,渗透率降低,孔隙压力上升。钱等。35和杨et al。5实验)也有类似的结果。他们认为的有效应力与孔隙压力的增加下降然后矩阵毛孔大。因此,矩阵的渗透率是影响矩阵变形和滑移的影响。在低孔隙压力(0 - 6 MPa),气体滑脱效应是显而易见的,其对渗透率影响很大。当孔隙压力大于6 MPa,矩阵变形的主要因素。在这种情况下,渗透率随孔隙压力的增加。

在大多数情况下,大的孔隙半径意味着大的渗透率。但一个小孔隙半径可能比这更大的流量和大半径小孔隙结构的差异由于滑脱效应。页岩的孔隙半径太小,忽略了滑脱效应由于低孔隙压力。滑脱效应是影响渗透率的主要因素。因此,毛孔小半径大的流量。相反,当毛孔大,滑脱效应可以忽略。矩阵变形成为影响渗透率的主要因素。然后,大孔隙半径意味着大渗透率。

简而言之,气体滑脱效应的磁导率是主导,当孔隙压力很小。和渗透率减小,孔隙压力上升。当孔隙压力大于临界压力(6 MPa在这项研究),影响渗透率是矩阵变形的关键因素。和渗透率随孔隙压力上升。值得注意的是,无论低或高孔隙压力、渗透矩阵是受滑脱效应和影响矩阵的变形。将是一个因素在一定条件下的主导因素。正如上面提到的,渗透率与孔隙压力的变化在不同的压力条件下是不同的。因此,基质渗透率的测试分为两种情况:低孔隙压力和高孔隙压力。

3.1.1。渗透率变异在低孔隙压力

渗透率变异在低孔隙压力将在本节中讨论。基质渗透率测量通过改变围压(缩写为CP在接下来的数据)和一个固定的孔隙压力(缩写为PP在接下来的统计数字)。图5(一个)显示了渗透率随围压变化的结果,当孔隙压力是2,4,6 MPa,分别。首先,可以澄清,渗透率下降随着围压的增加在不断的孔隙压力。此外,渗透速度更快的衰减率低围压。随着围压的增加,页岩矩阵更难以被压缩。因此,磁导率的衰减率显著降低。此外,对于一个固定围压,渗透率降低,孔隙压力增加。此外,渗透率的降低幅度大于2和4 MPa之间的间隔4 - 6 MPa。它表明,渗透率降低的衰变率随着孔隙压力的上升。这是符合a - b区间图的结果4。

渗透率与有效应力变化如图5 (b)。固定孔隙压力、渗透率有效应力是负相关。此外,渗透率有效应力是不同的,即使是相同的。它可以推断,孔隙压力差异的原因。总的来说,渗透率较低孔隙压力更大。这表明有效应力不是以低孔隙压力对渗透率变化的关键因素。应该是滑脱效应的关键因素。因此,孔隙压力条件不容忽视的渗透率与有效应力之间的关系在低孔隙压力。

一般来说,地层压力保持在一个更高的条件在天然气开发。低孔隙压力条件总是出现在后期的发展时期。这时,矩阵将逐步升值的渗透性储层压力逐渐降低。因此,这一结论是主要用于指导气藏后期的发展。

3.1.2。在高孔隙压力渗透率变异

一般来说,地层压力保持在一个更高的价值。天然气生产,孔隙压力逐渐降低,而形成的原位应力没有明显改变。因此,改变孔隙压力的实验方案与固定围压被选中。结果如图所示6。基质渗透率的顺序是1⁵医学博士。基质渗透率随1⁵到5⁵医学博士。矩阵渗透率随孔隙压力的增加而增加。曲线的斜率是高孔隙压力更大,表明渗透率大大受到孔隙压力的影响。反之,曲线的斜率是低孔隙压力较小,表明孔隙压力对渗透率的影响逐渐减少。在发展的早期,孔隙压力高。因此,孔隙压力对渗透率有很大的影响在早期。然后,渗透率逐渐稳定在开发的后期,当孔隙压力降低。

此外,矩阵的渗透率也受围压的影响。如数据所示,随着孔隙压力是30 MPa渗透率有很大的差异。但渗透率不同孔隙压力是40 MPa。围压意味着改变储层的深度。因此,水库是深度越大,渗透率越小的页岩基质孔隙压力的影响。

简而言之,矩阵的渗透性受滑脱效应和有效应力影响下不同的孔隙压力和围压。在低孔隙压力的条件下,渗透率随孔隙压力的增加,在高孔隙压力的条件下,渗透率上升与孔隙压力增加。此外,矩阵的渗透性降低随着围压上升。气体滑移对渗透率的影响是重要的在低孔隙压力和削弱了在高孔隙压力。

3.2。破碎页岩的渗透率

破碎页岩的渗透率是在这一节中讨论。图7说明了围压和孔隙压力的影响破碎页岩的渗透率。破碎页岩样品的渗透率范围从1 mD - 6。破碎页岩的渗透率变异是类似于完整的页岩。渗透率上升随着孔隙压力的增加和减少随着围压的增加。

完整和破碎页岩渗透率的结果在图进行了总结7 (c)。图所示,破碎页岩渗透率的大小相比,提出的五个订单完整的页岩。骨折在这个实验中不包含支撑剂,可以考虑自营骨折。从上面的结果我们可以得出一个结论:自营骨折大大扩大样本的渗透率。和骨折是页岩气的主要流动路径。理想情况下,如果骨折围压是完全封闭的,理论上不会电导率。实际上,测量渗透率比基质渗透率大得多。这个结果符合古铁雷斯的结论:影响的页岩裂缝渗透率仍然远高于(或矩阵)渗透率(36]。古铁雷斯刚刚描述的结果,但没有解释原因。我们将讨论样品的原因仍然可以增加骨折后的渗透率在部分关闭4.2作为一个讨论。

4所示。讨论

4.1。矩阵的渗透率与有效应力之间的关系

以下4.4.1。改进的指数函数

高孔隙压力的情况下,渗透率矩阵主要影响矩阵的变形。影响矩阵变形是有效应力的主要因素。先前的研究建立一些关系来描述矩阵有效应力对渗透率的影响。指数的关系是最常见的方法。传统的指数函数方程所示(5)。基于指数的关系,本研究改进传统的指数函数。改进的指数关系方程所示(6)。

结果样品的渗透率与有效应力之间的关系KJ1和KJ2列在表中3。此外,第三组实验数据是由两组数据的平均值。然后,有三组数据。传统的可以安装和改善关系,分别使用这三组数据由Matlab。配件是基于Levenberg-Marquardt算法内置软件。两个关系系数和拟合优度如表所示3。这两种关系的拟合结果如图所示8。

如图8,渗透率降低,有效应力增加。不同的结果低孔隙压力图5 (b)渗透率值的差异,一个有效应力值很小,表明矩阵变形是影响渗透率高孔隙压力的关键因素。我们也关注曲线的斜率。腐烂的渗透率有效应力较低时大。随着有效应力上升,衰减率的渗透率逐渐放缓。它可以解释为致密岩石的变形的原因是更难更高的有效应力。

人们普遍认为,在储层原位应力保持稳定。早期开发的储层压力高,因而和有效应力很小。在这样的条件下,将天然气开采引起的压力变化对渗透率有很大的影响。在开发的后期,孔隙压力降低,有效应力增加。在这样的条件下,孔隙压力的变化几乎没有影响整体渗透率。

适合善良( )是一个数学指数反映数据拟合的效果。如表3显示,改进的指数函数的适合善良是0.9540,0.9007和0.9769。的改进的指数函数是高于传统的指数函数。新功能可以更好地适应渗透率与有效应力之间的关系。

为了验证模型是否适用于其他数据,应用改进的功能以适应结果来自其他结果。安装数据来源于段等的研究结果(37]。拟合结果如图所示9。图中红点是测量数据点。虚线是传统的指数函数拟合结果的方程(5)。实线是改进的指数函数拟合结果的方程(6)。图中显示,209年样本拟合善,215年和239年的改进的指数函数为0.9988,0.9966,和0.9741,分别。这意味着改进的指数函数提出了比传统的指数函数拟合精度。

4.1.2。参数分析的三个系数改进的指数函数

每个改进的指数函数系数都有自己的属性。与传统的指数函数相比,有一个常数在新功能。当有效应力为零,渗透率 。有效应力趋于无穷时,渗透率 。根据传统的指数关系,时对应的渗透率有效应力为零。此外,当有效应力趋于无穷时,磁导率应该是零。实际上,磁导率不为零。因此,新模型的拟合效果最好在添加一个新的常数 。常数可以被理解为偏差由于实验系统或其他因素。它也可以从表中的数据3常数的值一般小的价值相比呢 。然而,实验结果的拟合效果介绍常数是更好的。

每个系数的影响渗透率曲线如图10。选择三个系数的值根据表的价值3。在表3系数的值是来自来 。因此,被设定为基本价值。然后,选择范围来 。图10 ()显示了常数的影响在曲线上。根据传统的指数关系,常数代表相应的渗透率有效应力时是零。初始磁导率被定义为相应的渗透率有效应力时是0。图所示,初始渗透率增加的价值上涨。渗透率曲线不同的常数将收敛当有效应力达到30 MPa。

图10 (b)显示的影响系数在渗透率曲线。的系数被认为是压力灵敏度系数。如图,系数的影响渗透率是分为两个方面。第一个方面是影响渗透率的衰减率。系数越大值越大,曲线的衰减率。当等于0.1,曲线的衰减率小,曲线是渐进的。作为增加,曲线变得更加弯曲。第二个方面是有效应力的敏感范围。根据曲线,磁导率大大地受有效应力与有效应力小,渗透率逐渐变得稳定和有效应力大。因此,渗透率敏感性非常明显的在一定范围内。从图可以看出,越大值,范围越小,渗透率有效应力的影响。然后,常数的影响在渗透率可以获得。命名范围渗透在哪里更重要的是受有效应力影响的灵敏度范围。灵敏度范围减少为常数增加。

图10 (c)显示的影响系数在渗透率曲线。垂直曲线只转变变化,不改变曲线的形状。正如上面提到的,的价值初始渗透率相比非常小吗 。这个系数可以被认为是波动的渗透率测试实验系统或其他原因造成的。的引入系数更有利于健康的渗透率与有效应力之间的关系,虽然很小。

4.1.3。比较传统和改进模型

有三个优点的新模型与传统模型相比。首先,新模型可以得到更好的拟合精度。新模型验证了实验的结果和之前的实验。这些表明,新模型的拟合精度更好。

其次,虽然这两个模型的表情看起来相似,有不同的数学形式。让 ;然后,传统模式

新模型

比较两个模型,参数的影响在传统的模型基本上是 。的参数是乘法因子,将扩大或减少整个曲线。的参数只是一个常数项。因此,不断拟合过程中可以更灵活,导致曲线的上下翻译。因此,新的模式可以有更好的拟合精度。

第三,第二点提到过,新模型可以表达的翻译上下曲线。因此,新模型能够反映总体误差造成的设备和测量过程。这可以使拟合结果更加准确。

4.2。自营的渗透性骨折

4.2.1。准备电导率的自营骨折

骨折是页岩气的主要流动渠道。因此,它具有重要意义理解渗透率变异引起的骨折。一般来说,骨折骨折骨折可分为自营和支持取决于支撑剂是否包含。自营骨折没有支撑剂在实验测量。在本节中,自营骨折的渗透率变异将会讨论。

虽然自营裂缝关闭显然,它仍然在渗透率页岩系统中起着重要作用。在理想状态下,骨折会关闭当围压大于孔隙压力。如果骨折完全愈合,测量磁导率应该是一样的渗透矩阵。然而,实际测量渗透率的渗透率大于矩阵。这个实验的结果所示,骨折没有支撑剂仍渗透当围压比孔隙压力大。这表明,不完全闭合骨折。因此,渗透没有支撑剂被称为自营骨折骨折。

任等。31日共享同样的想法,骨折没有完全关闭。那么,为什么骨折不能完全关闭?自营骨折没有支撑剂渗透。在图的资料样本(11日)表明,断裂表面有一定的粗糙度。断裂表面应力条件下可能是轻微的扭曲。轻微骨折之间的位移导致两个断裂之间的不完全接触脸。因此,粗糙的断裂之间的小位移面临的一个主要原因未关的骨折。在真实地层中,地应力条件复杂,断裂表面相对错位压裂后剪切应力的作用下。阴et al。的实验对剪切过程非线性流动行为的影响through3D岩石粗糙壁骨折显示,粗糙表面的相对位移,根据剪切将骨折之间的流道形式(38]。破碎页岩的渗透率与断裂表面的粗糙度和相对剪切位移。

此外,另一个原因是粒子在骨折的预制的剥落。预制裂缝时,一些街区的断裂表面剥落。我们其他相关实验对水力压裂的块图所示11 (b)。去皮块的大小和规模是不同的。它的大小范围从带粉。这些块的渗透率自营骨折在两个方面。首先,会有差距的表面流动渠道块剥落后气体。它增加了渗透率的岩石样本,这可能也是一个原因实验。另一个原因是,这些粒子将保持在骨折。在这一点上,作为支撑剂颗粒和骨折不能完全闭合。在真正的地层,一些粉状粒子可能被冲走了压裂液,但更大的粒子仍留在骨折。总之,这些残留物作为支撑剂。因此,不能完全闭合骨折即使没有添加支撑剂在裂缝。

4.2.2。等效宽度骨折

上面讨论了自营骨折仍渗透的原因。是一个非闭断裂的基本原因。骨折很难描述由于粗糙度。为了描述自营骨折,提出等效裂缝宽度计算裂缝宽度在这项研究。指图2 (b),断裂表面被假定为光滑表面中间的核心。然后,破碎页岩的渗透率取决于骨折的等效宽度。的等效宽度裂缝渗透率随有效应力变化的描述。根据达西定律和雷诺方程之间的层流平行表面,相当于可以计算裂缝宽度。

由达西定律,通过矩阵可以表示为

通过断裂可以表示成流

总流的总和流矩阵和骨折

由达西定律,整个样品的流量

可以从方程(11),

总而言之,

假设断裂表面是一组光滑的飞机和流体层流断裂,雷诺氏方程可以表示为平行板流

可以从方程(12)方程(15)

等效裂缝的宽度

用方程(18)方程(17),可以简化为等效宽度

在断裂的条件不是封闭的,孔隙压力和围压影响裂缝的宽度。图12(一个)显示了与有效应力等效裂缝宽度的变化。图所示,断裂的等效宽度减少随着有效应力的上升。骨折的等效宽度范围从6到12μm。这个值很小,但它有一个很大的影响破碎页岩的渗透率。实验结果表明,人工骨折有效提高破碎样品的渗透率。渗透率的核心是对裂缝宽度的变化非常敏感。由于岩石样本的差异,有一定差异等效裂缝宽度在图12(一个)。然后,裂缝宽度与有效应力之间的关系吗?

等效裂缝宽度和有效应力分别归一化对它们之间的关系进行调查。绘制在图归一化后的结果12 (b)。等效宽度之间的关系,试图通过改进的指数关系建立有效应力。计算符合善良大于0.9,拟合效果很好。因此,裂缝的应力敏感性宽度也可以被改进的指数关系。因此,我们可以描述断裂的应力对渗透率影响页岩裂缝宽度曲线的应力敏感性。

5。结论

本文完整的页岩和骨折页岩的渗透率测量的瞬态脉冲的方法。页岩渗透率和压力之间的关系进行了分析。主要结论如下:(1)比较破碎页岩的结果和完整的页岩,骨折可以大大提高渗透率测试的岩石样本。在这个实验中,样品的渗透率增加了5个数量级的骨折(2)下完整的页岩的渗透率低孔隙压力和高孔隙压力测量。结果表明,渗透率与孔隙压力的变化在两种不同条件下显示不同的结果。低孔隙压力条件下,滑脱效应的矩阵具有重要意义,因此,滑脱效应影响渗透率的变化,是一个关键因素和渗透率随孔隙压力的增加而减小。高孔隙压力条件下,矩阵的变形影响渗透率的变化是主要的因素。此时,渗透率随孔隙压力的增加。这个结果也表明,渗透率的变化共同作用的结果,滑脱效应和矩阵变形(3)提高了指数函数。改进的指数函数能更好地适应页岩基质渗透率与有效应力之间的关系对高孔隙压力。它有一个更高的拟合精度与传统的关系。有三个优点的新模型与传统模型相比:更好的拟合精度,更好的数学形式,反映了整体误差(4)页岩样品不能完全闭合骨折的骨折甚至当围压大于孔隙压力。骨折仍是主要的气体流道,和破碎页岩的渗透率仍然远远大于矩阵。这意味着的渗透性储层压裂后会增加。有两种解释。原因之一是,断裂表面是粗糙的。表面剪切应力下的位移导致未关的骨折。另一个原因是表面粒子的剥落。空白表单后粒子剥落。此外,剥落了粒子可以作为支撑剂阻碍裂缝关闭(5)针对裂缝宽度的问题是很难描述由于断裂表面的粗糙度,提出了等效裂缝宽度的概念。渗透率的变化可以以等效裂缝宽度。拟合结果表明,等效裂缝宽度之间的关系和有效应力也满足了本文提出的改进的指数关系(6)本文提出的改进的指数关系建立了高孔隙压力的条件下,只考虑渗透率与有效应力之间的关系,忽略了滑脱效应。因此,本文改进的指数关系只适用于高孔隙压力条件。在未来的研究中,不同孔隙压力应该建立渗透率特征方程相结合,综合考虑滑脱效应和矩阵变形的综合效应

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突,关于这篇文章的出版。