研究現(xiàn)狀：2012年以來，準噶爾盆地吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組頁巖油勘探取得重大突破，并在勘探開發(fā)實踐過程中取得水平井加體積壓裂是該套儲層合理開發(fā)方式的認識。

研究結論：

1、基于三軸壓縮巖石力學實驗分析可知，蘆草溝組含油頁巖在軸向載荷未達到峰值強度時，試樣主要呈現(xiàn)為彈性變形，峰值強度后，應力隨應變迅即跌落，其變形破壞呈現(xiàn)出顯著的脆性特征; 且層理、微裂縫等結構面發(fā)育以及低圍壓條件都將加劇巖石破壞的碎裂程度。具備壓裂改造形成復雜縫網(wǎng)的內(nèi)在地質力學條件。

2、縱向上，蘆草溝組各巖性地層的巖石力學特性與地應力存在顯著差異，即儲層間存在巖石力學強度、地應力相對較高的隔層。針對此類儲集體實施壓裂，除了保證形成復雜壓裂縫網(wǎng)外，還同時應強化壓裂縫的縱向溝通能力，合理增大縫高，實現(xiàn)壓裂改造有效體積的最大化。

 

研究流程：

1、對熱塑管封裝的圓柱形試樣加載圍壓及軸向壓力（圖1，圖2）；

2、對高度與直徑比值為 0.25～0.75的圓柱試樣進行巴西劈裂測試（圖3）；

3、分析巖石力學與地應力縱向分布特征（公式1，公式2，公式3，圖4）；

4、儲層可壓裂性評價（公式4，公式5，公式6，公式7，公式8，公式9）；

5、驗證可壓裂性評價方法的可靠性（圖5，圖6）。

圖文說明：

圖1 吉木爾凹陷二疊系蘆草溝組巖心三軸壓縮應力－應變曲線

圖2 吉木爾凹陷二疊系蘆草溝組巖心壓縮實驗后的破裂形態(tài)

蘆草溝組的變形破壞呈現(xiàn)出典型的脆性特征，且其力學特征受圍壓影響顯著，表現(xiàn)為低圍壓下抗壓強度低、破壞碎裂程度高、裂縫復雜等特征。同時，層理、微裂縫等結構面的發(fā)育將加劇試樣的破碎程度。結合蘆草溝組的薄互層特征，層理面發(fā)育將有助于壓裂縫形態(tài)的復雜化。巖石力學強度的各向異性將導致沿不同方向進行壓裂的難易程度有所不同。

 

圖3 吉木爾凹陷二疊系蘆草溝組巖心抗張強度測試結果

所取試樣的抗張強度分布范圍為3.16 ～11.04MPa，受抗張強度差異的影響，相同的地應力及壓裂施工條件下，地層的起裂壓力不同，壓裂難易度也不同。

 

公式1~3  巖石力學參數(shù)預測模型

圖4 吉木爾凹陷J251井的主要巖石力學特性與地應力縱向分布特征

 

由于縱向上各巖性地層存在顯著的巖石力學與地應力差異，在該儲層中進行壓裂改造，壓裂裂縫縱向延伸將可能受到高強度、高應力隔層的阻擋，從而降低裂縫的縱向溝通能力、限制儲層壓裂改造體積，難以達到預期壓裂效果。因此，可壓裂性評價及壓裂設計時，應對壓裂縫的縱向溝通能力進行評價、認識。

公式4~9  儲層可壓裂性評價模型

 

圖5 吉木薩爾凹陷JHW020井各級壓裂的縫網(wǎng)長度與縫網(wǎng)高度

圖6 吉木薩爾凹陷JHW020井的縫網(wǎng)體積、微地震事件數(shù)與可壓裂性指數(shù)的關系

結果表明，本文所建立的可壓裂性指數(shù)評價模型適用于蘆草溝組頁巖油儲層，分析結果具有一定可靠性，可為地質工程“甜點”區(qū)綜合評價以及壓裂選層、水平段分段分簇等壓裂設計提供基礎參考。

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