页岩储层力学非均质性及其影响因素的实验研究
摘要
页岩气是一种典型的低品位边际资源,基质渗透率极低,需经高效水力压裂改造才能进行经济开发.页岩的岩石力学性质及非均质性对页岩油气储层压裂改造、钻完井等具有重要影响.本文在单轴和三轴压缩加载条件下实验研究了页岩的力学特性和弹性性质,分析了其非均质性. 单轴压缩实验表明,尽管shale01和shale02页岩取自同一深度、仅相距几厘米,但是它们的力学性质显著不同。Shale01的强度比shale02低一个数量级。SEM结果表明两块页岩的微结构不同,表明页岩存在强的微观非均质性。 页岩样品的声发射事件数明显少于花岗岩,但在加载初期页岩的声发射事件数却多于花岗岩。结合SEM分析,页岩比花岗岩具有更多的天然裂隙。 三轴压缩实验表明,尽管五块页岩取自同一页岩露头且密度、弹性波速相近,但是它们的力学性质不同。随着围压的增大,某些页岩的破坏强度、最终应变、扩容点等参数反而降低,它们与围压呈现非线性变化特征。 页岩应力应变曲线与水泥不同,页岩破裂前主要是线弹性变形,破裂后曲线多次波动,与缝网特征相对应;而水泥破裂前有塑性变形特征,破裂后曲线陡降。说明页岩成缝能力较好,脆性较强。 单轴和三轴加载波速实验表明:页岩进入膨胀阶段前,波速随应力增加而增加,由于微裂缝闭合所致;进入膨胀阶段后,由于内部产生裂隙,波速逐渐减小。波速峰值点对应应力与体积应变扩容点基本相同,说明波速对页岩内裂隙响应比较敏感,可用来评价页岩的成缝能力。 TOC含量、XRD和SEM微观测试分析表明,TOC含量、矿物成分和天然裂隙是页岩力学性质非均质性的主要影响因素。