[发明专利]页岩油气储层岩体结构面水力压裂剪切破坏分析方法

说明书

本发明涉及页岩油气开发技术领域，尤其涉及一种页岩油气储层岩体结构面水力压裂剪切破坏分析方法，旨在解决缺乏储层岩体结构面水力压裂剪切破坏分析方法，不利于优化水力压裂施工参数的问题。本发明提供的种页岩油气储层岩体结构面水力压裂剪切破坏分析方法，包括如下步骤：岩体结构面描述表征；结构面抗拉强度测试；结构面抗剪切强度测试；确定各种结构面的粘聚力c、摩擦系数μ；计算各个结构面所受的正应力σ_n、剪应力τ；建立结构面水力压裂剪切破坏判据。通过采集结构面的数据并建立水力压裂剪切破坏判据，为优化水力压裂施工参数、提高结构面激活比例、提高页岩油气井产能提供理论依据。

技术领域

本发明涉及页岩油气开发技术领域，尤其涉及一种页岩油气储层岩体结构面水力压裂剪切破坏分析方法。

背景技术

水力压裂是通过水基高压流体在储层内形成高导流能力复杂裂缝网络，从而提高油气产能。水力裂缝的扩展是由裂缝内水的楔张作用产生的，工程实践和室内模拟实验结果表明，水力裂缝的扩展主要受地应力场和低强度结构面的控制，裂缝面一般垂直于最小水平主应力扩展，主要为拉张破坏，存在弱面时有可能沿着弱面扩展，主要为剪切破坏。页岩油气储层受沉积充填和构造演化的控制，储层岩体中发育不连续面和力学强度相对较低、易开裂的地质界面，包括天然裂隙、节理、岩性层面等，定义为结构面。水力压裂过程中激活储层岩体结构面，形成拉张裂缝与剪切裂缝交错网络，是提高体积压裂缝网复杂度的关键。

因此，根据油气储层结构面的实际产状，考虑地应力场、孔隙压力等结构面赋存环境，结合水力压裂工程条件，如何分析评价油气储层岩体结构面的受力条件、发生剪切破坏的边界条件，是水力压裂激活储层结构面的重要依据。现有技术中缺乏储层岩体结构面水力压裂剪切破坏分析方法，不利于优化水力压裂施工参数以提高页岩油气井产能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种页岩油气储层岩体结构面水力压裂剪切破坏分析方法，以解决缺乏储层岩体结构面水力压裂剪切破坏分析方法，不利于优化水力压裂施工参数，提高结构面激活比例，增加水力压裂缝网复杂程度，从而提高页岩油气井产能的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案在于：

一种页岩油气储层岩体结构面水力压裂剪切破坏分析方法，包括如下步骤：岩体结构面描述表征；结构面抗拉强度测试；结构面抗剪切强度测试；确定各种结构面的粘聚力c、摩擦系数μ；计算各个结构面所受的正应力σ_n、剪应力τ；建立结构面水力压裂剪切破坏判据。

进一步的，岩体结构面描述表征步骤中，通过成像测井数据和钻井取芯测量观察，将结构面进行分类并描述结构面的产状信息以及结构面对应的深度与充填胶结情况。

进一步的，结构面分为有胶结充填、无胶结充填和岩性层面三类。

进一步的，结构面抗拉强度测试步骤中，选取有胶结充填样品和岩性层面样品，以结构面为中心加工标准样品，每组样品数量不少于2个，样品尺寸φ25mm×25mm或者φ50mm×25mm，采用巴西劈裂夹具，以0.3MPa/s-0.5MPa/s的加载速度，进行间接拉伸抗压强度测试，每组样品抗拉强度求平均值作为该结构面的抗拉强度。

进一步的，结构面抗剪切强度测试步骤中，选取有胶结充填样品与岩性层面样品，以结构面为中心加工标准样品，每组样品数量不少于3个，样品尺寸30mm×30mm×30mm，采用变角度剪切夹具，确保结构面位于剪切中心位置，设置剪切角度为40°、50°、60°三个角度，以0.5MPa/s-1.0MPa/s的加载速度，进行变角度剪切试验，计算每个角度剪切试验样品剪切破坏的正应力和剪应力。