[發明專利]一種評價頁巖壓裂形成縫網能力的實驗方法

在審

• 申請號: 201310169832.1
• 申請日: 2013-05-10
• 公開（公告）號: CN104131803A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 葛洪魁;郭天魁;張士誠;王小瓊;陳海潮;雷鑫;徐冰;周彤
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明是關于頁巖氣儲層體積壓裂增產技術，特別是關于一種評價頁巖壓裂形成縫網能力的實驗方法。本發明可為頁巖儲層的可壓性評價提供技術支持。

背景技術

通過對頁巖儲層地化特征勘察檢測，確定該區塊為優質頁巖儲層之后，需要對其開發效果進行評價，即“可壓性評價”。與常規砂巖和碳酸鹽巖儲層不同，頁巖儲層的“可壓性評價”并非指是否適合壓裂，而是在必須實施壓裂的前提下，評價水力裂縫網絡形成的難易程度，對能否有效開展“體積壓裂”進行論證，目前國內外還沒有統一標準和評價方法。

影響裂縫網絡形態的關鍵因素是儲層的地質條件，如水平地應力差、巖石脆性、沉積層理和天然裂縫系統。頁巖儲層的水平地應力差可通過室內實驗測試和現場監測等方法準確獲取。巖石的脆性是儲層壓后形成裂縫網絡的必要而非充分條件，天然裂縫系統和沉積層理結構也是其關鍵因素，但由于裂縫系統的觀測和評價非常困難復雜，且目前頁巖儲層壓裂裂縫擴展機理尚不明確，因而對其進行單獨評價也是一個難點。需要一種新的測試方法，兼顧巖石的脆性和原生裂縫系統(沉積層理)，對頁巖儲層可壓性進行評價。利用大尺寸真三軸實驗系統進行室內物理模擬雖真實可靠，但需要大尺寸的規格露頭巖芯，且實驗過程復雜，不利用現場簡單方便地檢測評價。

天然裂縫系統的發育和巖石本身的脆性特征致使頁巖儲層水力壓裂過程中，大面積區域在流體未到達前，通過基質傳壓作用，大量剪切或張性裂縫開啟，形成了裂縫體積帶。因而，開展非流體致裂的壓裂實驗可用于評價頁巖壓裂后形成縫網的能力。

發明內容

本發明的目的是提供一種評價頁巖壓裂形成縫網能力的實驗方法，該方法綜合體現了頁巖巖石脆性、硬度和天然裂縫系統(和沉積層理)特征。

為實現上述目的，本發明提供了一種評價頁巖壓裂形成縫網能力的實驗方法，該方法包括下列步驟：a)從油田標準套管上截取一段套管環；選取頁巖巖芯，將其加工成圓柱體試件；b)將巖芯放于套管環中，巖芯和套管環形成的環形空間用水泥漿充填；水泥硬化后，在巖芯中心處鉆孔；在所鉆孔中加入無聲破碎劑漿體；c)致裂后，獲取巖芯表面的裂縫形態和崩落碎片特征；d)拆除水泥環，獲得巖芯內部的裂縫形態及碎塊特征。

進一步地，在步驟a)中，選用的標準套管外徑為139.70mm，壁厚7.72mm，套管環高度在10-15cm之間；選取的頁巖巖芯為取自所開發儲層的全直徑巖芯或相同層位的頁巖露頭，并將所述頁巖材料加工成直徑為10cm，高度為8-12cm的標準圓柱體，巖芯高度要小于或等于套管環高度。

進一步地，在步驟b)中，選用的水泥為普通硅酸鹽水泥，制造的水泥凈漿要飽和的填充在環形空間中；鉆孔的孔徑為1.5cm，且鉆穿巖芯；所使用的無聲破碎劑漿體是在無聲破碎劑中加入質量分數為20％的水形成的混合體。

進一步地，在步驟c)中，獲取的巖芯表面裂縫形態特征包括：裂縫條數、裂隙結構面跡長分布的分維值和面密度；所收集的崩落碎片來自巖芯上下兩個表面，崩落碎片特征包括崩落碎片的大小和數量。

進一步地，在步驟d)中，獲取的巖芯內部裂縫形態特征包括：裂縫條數、體密度；碎塊特征包括碎塊大小和數量。

進一步地，保證套管環內壁光滑；頁巖的取芯方向包括垂直層理和平行層理兩種。

進一步地，在充填水泥凈漿前，分別將套管環內壁和巖芯側面均勻的涂抹上黃油或潤滑油，確保實驗后取芯方便；鉆孔所用設備為TZ-2型巖芯鉆取機；無聲破碎劑和水要混合均勻，在5min內將無聲破碎劑漿體加入鉆孔中。

進一步地，無聲破碎劑漿體加入鉆孔，靜置12小時之后觀察巖芯表面的裂縫形態特征。

進一步地，裂隙結構面跡長分布的分維計算采用網格覆蓋法，使用正方形覆蓋模型。

本發明的有益效果在于，利用無聲破碎劑致裂，觀測評價壓后裂縫形態，采用裂隙結構面跡長分布的分維值、面密度進行定量表征，并評價其崩落碎塊的大小和數量，分析判定頁巖的可壓性，綜合體現了頁巖巖石脆性、硬度和天然裂縫系統(和沉積層理)特征。新方法用于判斷頁巖壓后形成縫網的能力，不僅直觀可靠，而且操作簡單，適于油田現場應用。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。在附圖中：

圖1為本發明實施例評價頁巖壓裂形成縫網能力的實驗方法流程圖；

圖2為本發明實施例評價頁巖壓裂形成縫網能力的實驗裝置結構示意圖；

圖3為本發明實施例頁巖壓后巖芯表面裂縫形態和崩落碎片特征示意圖；