周 彤，張士誠(chéng)，鄒雨時(shí)，李 寧，郝思瑩

(中國(guó)石油大學(xué)(北京) 石油工程學(xué)院，北京 102249)

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頁(yè)巖氣儲(chǔ)層充填天然裂縫滲透率特征實(shí)驗(yàn)研究

周 彤，張士誠(chéng)，鄒雨時(shí)，李 寧，郝思瑩

(中國(guó)石油大學(xué)(北京) 石油工程學(xué)院，北京 102249)

摘要：為了解頁(yè)巖儲(chǔ)層充填天然裂縫開(kāi)啟前、后的滲透率特征，利用四川盆地充填裂縫的不同頁(yè)巖，結(jié)合裂縫面形貌測(cè)試，實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析了天然裂縫原位閉合、剪切錯(cuò)位及酸處理后的滲透率特征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：混合充填裂縫礦物顆粒大，硬度高，滲透率應(yīng)力敏感程度低于方解石充填裂縫。當(dāng)剪切裂縫錯(cuò)位位移大于0.15 mm時(shí)，滲透率大小主要受控于裂縫斷面整體粗糙度。當(dāng)錯(cuò)位位移小于0.15 mm時(shí)，充填礦物顆粒類型、大小控制的小尺度形貌更起決定作用。酸液溶蝕膠結(jié)物形成不整合面，大幅度提高裂縫導(dǎo)流能力，但也需要考慮酸液弱化頁(yè)巖強(qiáng)度以及顆粒運(yùn)移而產(chǎn)生的不利影響。

關(guān)鍵詞：充填天然裂縫；滲透率；粗糙度；酸化壓裂；頁(yè)巖儲(chǔ)層

周彤,張士誠(chéng),鄒雨時(shí),等.頁(yè)巖氣儲(chǔ)層充填天然裂縫滲透率特征實(shí)驗(yàn)研究[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,31(1):73-78.

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引言

天然裂縫是一種狹窄裂隙，在頁(yè)巖氣儲(chǔ)層中普遍存在[1]。多數(shù)天然裂縫被膠結(jié)物半充填或完全充填，壓裂時(shí)若不激活，將對(duì)產(chǎn)能的貢獻(xiàn)很小[2]。由于天然裂縫在被礦物充填前，巖石已經(jīng)發(fā)生了破裂，從而破壞并削弱了基巖的物理完整性，所以接觸面黏結(jié)強(qiáng)度較弱[3]。因此，水力壓裂時(shí)天然裂縫易發(fā)生剪切錯(cuò)位而被激活，形成拉伸的人工裂縫與剪切的天然裂縫相互交織的復(fù)雜網(wǎng)狀裂縫。目前，針對(duì)裂縫滲透率特性的研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量工作[7-10]。但對(duì)于充填天然裂縫的真實(shí)頁(yè)巖滲透率評(píng)價(jià)研究較為少見(jiàn)。由于天然裂縫滲透率應(yīng)力敏感性對(duì)于頁(yè)巖氣藏產(chǎn)能數(shù)值模型建立、預(yù)測(cè)氣井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)及合理制定氣井生產(chǎn)制度尤為重要，因此，本文重點(diǎn)研究四川盆地頁(yè)巖儲(chǔ)層天然裂縫滲透率特征，以期為裂縫擴(kuò)展和產(chǎn)能預(yù)測(cè)等研究以及提高體積壓裂施工效率提供理論與數(shù)據(jù)支撐。

1實(shí)驗(yàn)樣品與方法

1.1頁(yè)巖樣品來(lái)源及性質(zhì)

研究試樣主要來(lái)源于四川盆地魯家坪組頁(yè)巖露頭、龍馬溪組與五峰組頁(yè)巖露頭。同時(shí)，選取四川盆地牛蹄塘組頁(yè)巖與龍馬溪組頁(yè)巖儲(chǔ)層井下取心作為對(duì)比。利用掃描電鏡(SEM)對(duì)不同頁(yè)巖天然裂縫充填礦物進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)五峰組與龍馬溪組頁(yè)巖以方解石礦物充填為主(見(jiàn)圖1(a)和圖1(b))， 而魯家坪組與牛蹄塘組頁(yè)巖天然裂縫內(nèi)含重晶石、長(zhǎng)石、方解石、菱鐵礦、石英等多種礦物(見(jiàn)圖1(c)和圖1(d))?；旌铣涮钐烊涣芽p內(nèi)多種充填礦物共生次序十分復(fù)雜，石英與長(zhǎng)石共生較早，鈉長(zhǎng)石起鏈接作用，方解石充填裂隙內(nèi)，并部分被黃鐵礦取代[11]。

1.2實(shí)驗(yàn)儀器與步驟

實(shí)驗(yàn)儀器： Contour GT光學(xué)輪廓儀、WEP-600微機(jī)控制屏顯萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)、超低滲透率測(cè)試系統(tǒng)和液測(cè)滲透率實(shí)驗(yàn)裝置。其中，Contour GT光學(xué)輪廓儀可測(cè)量納米級(jí)至微米級(jí)的表面形貌，垂直分辨率0.01 nm，側(cè)向分辨率8.8 nm～0.01 μm，重復(fù)精度1 nm，視場(chǎng)范圍84 μm×63 μm ～8 mm×10 mm。

實(shí)驗(yàn)步驟：①制取直徑2.5 cm、長(zhǎng)度為5 cm的巖心試樣，將天然裂縫加工于巖心中心線；②利用超低滲透率測(cè)試系統(tǒng)對(duì)天然裂縫巖樣進(jìn)行氣測(cè)滲透率；③利用WEP-600微機(jī)控制屏顯萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)，采用巴西劈裂法對(duì)天然裂縫進(jìn)行劈裂。劈裂時(shí)應(yīng)力加載方向與天然裂縫保持在一條直線上，保證裂縫沿天然裂縫開(kāi)啟；④利用Contour GT光學(xué)輪廓儀對(duì)天然裂縫面進(jìn)行局部掃描，測(cè)試面積為942 μm×1 257 μm；⑤測(cè)定不同錯(cuò)位位移與圍壓下的天然裂縫的滲透率。

采用巴西劈裂法對(duì)天然裂縫進(jìn)行劈裂時(shí)，發(fā)現(xiàn)方解石充填裂縫抗張強(qiáng)度較低，受力后充填礦物與圍巖很容易發(fā)生分離，抗張強(qiáng)度在0.12～1.80 MPa。這主要是由于方解石充填物與圍巖礦物顆粒間不存在晶體鍵，晶體間連續(xù)性較差所導(dǎo)致[11]。而混合礦物充填的天然裂縫膠結(jié)強(qiáng)度較高，最高可達(dá)6.15 MPa。

2局部粗糙度

儲(chǔ)層壓裂改造的裂縫微地震監(jiān)測(cè)表明，裂縫剪切滑移產(chǎn)生的大部分微地震事件能量在(-3～0)級(jí)之間，表明每一次的裂縫剪切滑移量很小，在0.1 mm左右[12-13]。僅有微小滑移量的自支撐裂縫的滲透率特征也許并不完全由大尺度的裂縫面粗糙程度控制(mm到cm級(jí)別)。在0.1 mm左右的剪切錯(cuò)位位移下，或許顆粒粒徑控制的局部、小尺度微觀形貌(μm到 mm級(jí)別)更起決定作用。

實(shí)際測(cè)試面積取942×1 257 μm2，為避免由于裂縫構(gòu)造成因而引起的宏觀粗糙度對(duì)實(shí)驗(yàn)局部粗糙度測(cè)試結(jié)果的影響，掃描點(diǎn)盡量選取相對(duì)平整區(qū)域，對(duì)每個(gè)試樣進(jìn)行3次局部表面形貌測(cè)定，取均值。

對(duì)充填裂縫表面局部粗糙度統(tǒng)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)魯家坪組頁(yè)巖試樣裂縫由于混合充填礦物顆粒較大，縫面有明顯起伏，斷裂面微凸體多于方解石充填的天然裂縫斷裂面，最大高度落差達(dá)337 μm，如圖2(a)所示，斷面粗糙度明顯高于方解石充填裂縫。龍馬溪-1C試樣方解石充填裂縫面Sa和Sq值分別為13.6μm與16.5μm，Sku為2.57μm，輪廓高度落差Sz為133.5 μm，如圖2(b)。相同天然裂縫充填礦物的條件下，充填寬度也影響著破裂面的粗糙度。當(dāng)方解石充填寬度較小(小于0.2 mm)時(shí)，不同類型頁(yè)巖露頭與井下巖心天然裂縫斷裂面粗糙程度表現(xiàn)特征相似。當(dāng)方解石充填寬度較大(3.5 mm)時(shí)，粗糙度參數(shù)均高于充填寬度小的裂縫。相比之下，試樣魯家坪-BC粗糙度參數(shù)顯示了沿層理劈裂頁(yè)巖斷面，在該尺度下裂縫面較為平整，顆粒較小，起伏僅有36.2 μm，如圖2(c)所示。

圖2　裂縫斷面典型形貌Fig.2　Schematic diagrams of typical fracture surface morphologies

試樣描述輪廓算術(shù)平均偏差Sa/μm輪廓算術(shù)均方根偏差Sq/μm高度分布峰度Sku/μm最大高度落差Sz/μm魯家坪-1C45.66356.5333.412336.945魯家坪2C27.10236.1234.309247.606五峰1C18.28823.0623.146133.369龍馬溪1C13.62916.4962.574133.500龍馬溪2C23.15729.7263.222183.155龍馬溪1W16.49220.4032.519124.026龍馬溪2W12.23015.2252.806101.214牛蹄塘1W17.71322.6053.514134.639龍馬溪BC2.5373.2954.13236.823

注：B代表層理，C代表露頭，W代表井下取心

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1充填裂縫滲透率

利用氣測(cè)滲透率儀對(duì)膠結(jié)天然裂縫試樣進(jìn)行氣測(cè)滲透率，圍壓為2.5 MPa。天然裂縫滲透率與膠結(jié)寬度的相關(guān)性并不太明顯，滲透率特征與頁(yè)巖基質(zhì)相似，主要集中在(10-2～10-4)×10-3μm2，滲透率最低達(dá)到10-5×10-3μm2，如圖3所示。由于裂縫受構(gòu)造應(yīng)力擠壓閉合或因交代蝕變和礦物沉淀等作用，裂縫儲(chǔ)滲空間喪失。實(shí)驗(yàn)中，少數(shù)試樣滲透率達(dá)到數(shù)十毫達(dá)西，是因?yàn)閮?nèi)部膠結(jié)礦物邊界出現(xiàn)相互溝通的微裂隙導(dǎo)致，在SEM中也發(fā)現(xiàn)這種情況。

3.2原位閉合裂縫滲透率

由于開(kāi)啟后的天然裂縫滲透率遠(yuǎn)高于基質(zhì)，將所測(cè)巖心滲透率近似等效為天然裂縫滲透率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)圍壓由2 MPa提升至12 MPa時(shí)，膠結(jié)狀態(tài)下的天然裂縫滲透率由0.027×10-3μm2降低至0.000 28×10-3μm2。天然裂縫的開(kāi)啟對(duì)巖心整體滲透率影響顯著，即使在32 MPa的圍壓下，天然裂縫滲透率依然維持在0.1×10-3μm2以上。相比之下，龍馬溪-BC試樣(層理裂縫)滲透率由8.78×10-3μm2(2 MPa圍壓)降至0.004 5×10-3μm2(32 MPa圍壓)，如圖4所示。由局部粗糙度結(jié)果可知，層理裂縫顆粒小，縫面較為光滑，高圍壓下裂縫易閉合，應(yīng)力敏感性強(qiáng)。

圖3　平均充填寬度與裂縫滲透率的關(guān)系Fig.3　Relationship between average filling width and permeability of fractures

圖4　原位閉合天然裂縫滲透率與圍壓的關(guān)系Fig.4　Relationships between permeability of in-situ closed fractures and confining pressure

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，不同儲(chǔ)層天然裂縫滲透率特征有所不同，與充填礦物顆粒大小、硬度、充填寬度有關(guān)。由于與圍巖黏接強(qiáng)度低，方解石充填裂縫開(kāi)啟過(guò)程中充填礦物易發(fā)生片狀脫落，導(dǎo)致裂縫滲透率大幅度上升。而且充填寬度越大，這種現(xiàn)象越明顯。如圖5所示，龍馬溪-2C試樣方解石充填寬度為0.35 mm，劈裂后的原位閉合后滲透率達(dá)到306.5×10-3μm2。高壓下的滲透率下降特征，受裂縫斷面粗糙度控制。裂縫斷面粗糙度越大，高圍壓下流體在裂縫中流動(dòng)迂曲度越高，阻力越大。同時(shí)，充填礦物顆粒大小、微觀粗糙度的高低，決定了高圍壓下裂縫殘余通道大小。顆粒越大，微觀粗糙度越大，殘余通道越多，滲透率越高。當(dāng)圍壓由20 MPa升至32 MPa時(shí)， 龍馬溪-2C試樣(方解石礦物充填)裂縫滲透率由0.68×10-3μm2降至0.11×10-3μm2，而魯家坪-1C試樣(混合礦物充填)由0.48×10-3μm2降至0.20×10-3μm2。

圖5　原位閉合不同充填天然裂縫滲透率與圍壓的關(guān)系Fig.5　Relationships between permeability of in-situ closed natural fractures and confining pressure

3.3錯(cuò)位裂縫滲透率

當(dāng)天然裂縫在應(yīng)力的作用下發(fā)生剪切破裂時(shí)，裂縫會(huì)沿裂縫面切向產(chǎn)生輕微移動(dòng)，滑移面將被粗糙不平的凸起點(diǎn)支撐，而不能原位閉合，稱為“自支撐裂縫”。為模擬原位閉合到錯(cuò)位0.3 mm的條件下，實(shí)驗(yàn)通過(guò)在巖心兩端面貼半圓形銅箔墊片的方法，研究錯(cuò)位位移對(duì)剪切滑移天然裂縫滲透率的影響。每片銅箔厚度0.05 mm。

5 MPa圍壓下，不同錯(cuò)位程度對(duì)天然裂縫滲透率的影響如圖6所示。錯(cuò)位后的天然裂縫滲透率基本會(huì)隨著裂縫面錯(cuò)位位移的增大而增大，但偏移距離的大小與裂縫縫隙流動(dòng)通道的變化并無(wú)簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如在0.3 mm錯(cuò)位位移下，魯家坪-2C試樣裂縫滲透率達(dá)到0.002 4×10-3μm2，而魯家坪-1C試樣滲透率為378×10-3μm2，相差了近8倍。相比之下，龍馬溪-BC裂縫由于縫面均勻，顆粒細(xì)膩，錯(cuò)位下層理裂縫滲透率低于天然裂縫1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。

圖6　錯(cuò)位位移與剪切裂縫滲透率的關(guān)系Fig.6　Relationships between the permeability of shear fractures and dislocation displacement

另外，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)低錯(cuò)位位移(小于0.15 mm)條件下，充填方解石天然裂縫滲透率變化幅度小于混合充填裂縫。當(dāng)原位閉合增至錯(cuò)位0.15 mm時(shí)，五峰-1C和龍馬溪-1C(方解石充填裂縫，顆粒小，微觀粗糙度較小)滲透率分別由15.4×10-3μm2和98.9×10-3μm2增加到38.8×10-3μm2和184.3×10-3μm2，增加不到2倍，而魯家坪-2C和魯家坪-1C試樣裂縫(混合充填，顆粒較大，微觀凹凸起伏是方解石充填裂縫的3倍)滲透率增加了4～5倍。

錯(cuò)位位移為0.25 mm時(shí)，滲透率應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。當(dāng)圍壓由2 MPa增加到32 MPa時(shí)，所測(cè)巖心剪切天然裂縫滲透率均降低。與原位閉合裂縫相比，由于剪切錯(cuò)位裂縫無(wú)法準(zhǔn)確咬合，粗糙凸起點(diǎn)對(duì)立，導(dǎo)致自支撐裂縫在32 MPa的圍應(yīng)力下依然保持開(kāi)啟。實(shí)驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，方解石充填與混合礦物充填裂縫有較為明顯的區(qū)別。隨著實(shí)驗(yàn)圍壓的增加，方解石礦物充填的五峰-1C試樣滲透率變化曲線發(fā)生了幾次“跳點(diǎn)”(滲透率快速下降)，主要原因是當(dāng)圍壓達(dá)到一定程度時(shí)，天然裂縫面粗糙凸起點(diǎn)方解石充填礦物破碎，從而導(dǎo)致局部裂縫咬合。同時(shí)，破碎的方解石殘碎也會(huì)對(duì)裂縫通道產(chǎn)生一定的堵塞作用。實(shí)驗(yàn)后打開(kāi)巖樣發(fā)現(xiàn)有凸點(diǎn)壓平，伴隨明顯的膠結(jié)物破碎現(xiàn)象，如圖8所示。且充填層厚度越大，這種現(xiàn)象越明顯。而混合礦物充填天然裂縫滲透率隨圍壓的增加逐漸降低。實(shí)驗(yàn)后巖樣打開(kāi)發(fā)現(xiàn)有白色的凸點(diǎn)被“壓平”，充填層破碎不明顯?；旌铣涮畹V物顆粒大、硬度高，在高圍壓下的抗壓強(qiáng)度高于方解石充填。在相同加載條件下，沿層理劈開(kāi)的龍馬溪-BC試樣裂縫滲透率由51.2×10-3μm2下降至8.78×10-3μm2。

圖7　錯(cuò)位位移為0.25 mm時(shí)的滲透率隨圍壓的變化Fig.7　Permeability varying of shear fractures confining pressure when the dislocation displacement is 0.25 mm

圖8　滲透率應(yīng)力敏感測(cè)試后的錯(cuò)位剪切裂縫表面Fig.8　Surface pictures of shear dislocation fractures after stress sensitivity test of the permeability

因此，低錯(cuò)位位移條件下，充填礦物類型、顆粒大小是影響裂縫滲透率的主要因素。隨著錯(cuò)位程度的增加，剪切滑移裂縫滲透率逐漸由裂縫面整體粗糙度所控制。裂縫表面顆粒大小、強(qiáng)度決定了裂縫面支撐凸點(diǎn)的抗壓能力，從而決定了裂縫的應(yīng)力敏感程度。

3.4酸液處理裂縫滲透率

由于所研究的天然裂縫中含有碳酸鹽充填礦物，實(shí)驗(yàn)選用魯家坪組與五峰組頁(yè)巖巖心進(jìn)行通酸對(duì)比，研究不同酸液處理原位閉合天然裂縫后的滲透率變化。實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)定在60 ℃與20 MPa圍壓下，以1 MPa的恒定壓力驅(qū)替巖樣150 mL酸液。酸液體系采用6%、3%的鹽酸與6%、3%的醋酸，同時(shí)加入 1%KMS-6緩蝕劑、2.5%YL鐵離子穩(wěn)定劑以及5%NH4Cl防膨劑。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9所示，隨著酸液注入，鹽酸與充填礦物快速反應(yīng)，魯家坪組天然裂縫滲透率由初始的23.7×10-3μm2升至389.0×10-3μm2。隨著酸液繼續(xù)注入，酸液開(kāi)始與基質(zhì)相互作用，釋放出大量石英、黏土等顆粒，加上混合膠結(jié)天然裂縫膠結(jié)物中非酸溶解性礦物的釋放造成裂縫的堵塞。酸液反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生大量氣泡，也會(huì)進(jìn)一步增大流體流動(dòng)阻力。另一方面，碳酸鹽等脆性礦物的溶解將會(huì)降低頁(yè)巖表面強(qiáng)度，裂縫面支撐凸點(diǎn)產(chǎn)生“酥化”而導(dǎo)致高圍壓下的裂縫閉合，滲透率最終降為零。然而，在相同酸處理?xiàng)l件下，弱酸與充填礦物反應(yīng)增加有效裂縫寬度，裂縫滲透率提高，同時(shí)，減少了與頁(yè)巖骨架的反應(yīng)，最大程度維持裂縫面凸點(diǎn)強(qiáng)度，防止黏土和石英等顆粒釋放、運(yùn)移而造成的裂縫堵塞。但是，醋酸與膠結(jié)礦物反應(yīng)速度緩慢，測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)。

圖9　不同酸液處理天然裂縫的滲透率變化Fig.9　Permeability variation of the natural fractures treated using different acid with acid injection amount

相比之下，利用6%的鹽酸對(duì)原位閉合的帶天然裂縫五峰組頁(yè)巖進(jìn)行驅(qū)替過(guò)程中，出口端有微量黏土礦物等顆粒伴隨著反應(yīng)泡沫流出，但未對(duì)裂縫形成堵塞。隨著方解石的迅速溶解，最終成為相互聯(lián)通的流通通道，儀器測(cè)試條件達(dá)到極限，實(shí)驗(yàn)停止。

因此，對(duì)于低碳酸鹽礦物含量頁(yè)巖來(lái)說(shuō)，壓裂施工時(shí)適量增加酸液用量或使用酸性壓裂液，溶蝕天然裂縫壁面，有利于增加天然裂縫導(dǎo)流能力，提高體積改造效果。另一方面，酸液對(duì)于天然裂縫的刻蝕，降低天然裂縫膠結(jié)強(qiáng)度，更有利于天然裂縫的起裂與開(kāi)啟，提高裂縫復(fù)雜程度。然而，對(duì)于較高碳酸鹽礦物含量頁(yè)巖來(lái)說(shuō)，高濃度酸液在與天然裂縫膠結(jié)物反應(yīng)的同時(shí)，充填礦物中的酸不溶性礦物的釋放，以及由于溶蝕基質(zhì)圍巖后不斷產(chǎn)生的黏土礦物或石英等顆粒運(yùn)移堵塞，再加上酸液處理后裂縫表面凸點(diǎn)“軟化”，導(dǎo)致滲透率直線下降。綜上所述，在考慮酸液處理頁(yè)巖裂縫時(shí)，需要充分考慮礦物成分的影響，以及酸液對(duì)頁(yè)巖強(qiáng)度的影響。

4結(jié)論

(1)天然裂縫的開(kāi)啟對(duì)巖心整體滲透率影響顯著，滲透率可提高3～6個(gè)數(shù)量級(jí)。充填礦物類型、硬度決定了裂縫滲透率應(yīng)力敏感程度。

(2)局部“小尺度”粗糙度主要受充填礦物類型影響，混合礦物充填裂縫斷面微凸體起伏高度落差大于方解石充填裂縫斷面。

(3)當(dāng)錯(cuò)位位移低于0.15 mm時(shí)，裂縫滲透率并不完全受控于縫面大的形貌特征，充填礦物顆粒大小起決定性作用。當(dāng)錯(cuò)位位移大于0.15 mm時(shí)，滲透率主要受控于裂縫斷面整體粗糙度。

(4)對(duì)于較高碳酸鹽礦物與酸敏性礦物含量頁(yè)巖來(lái)說(shuō)，強(qiáng)酸溶液的處理會(huì)降低頁(yè)巖強(qiáng)度，釋放黏土礦物或石英等顆粒運(yùn)移，導(dǎo)致滲透率直線下降。

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責(zé)任編輯：賀元旦

DOI：10.3969/j.issn.1673-064X.2016.01.012中圖分類號(hào)：TE122.2

文章編號(hào)：1673-064X(2016)01-0073-06

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

收稿日期：2015-10-15

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技重大專項(xiàng)(編號(hào)：2012ZX05018-004)；國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃“973”項(xiàng)目(編號(hào)：2013CB228004)

作者簡(jiǎn)介：周彤(1986-)，男，博士，主要從事非常規(guī)油氣儲(chǔ)層壓裂增產(chǎn)相關(guān)理論與技術(shù)研究。E-mail：zhout1986@126.com

Experimental Study on Permeability Characteristics of filled natural fractures in Shale Gas Reservoir

ZHOU Tong,ZHANG Shicheng,ZOU Yushi,LI Ning,HAO Siying

(Faculty of Petroleum Engineering,China University of Petroleum (Beijing),Beijing 102249,China)

Abstract:In order to understand the permeability characteristics of the filled natural fractures in the shale reservoirs before and after opening,the permeable characteristics of the closed natural fracture,the natural fracture with shear dislocation and the natural fracture treated by acidizing are comparatively analyzed by the experimental testing of the surface morphology of the filled fracture in the shale reservoirs of Sichuan Basin.The experimental results show that the stress sensitivity of the permeability of the natural fracture filled by the mixed mineral particles with large size and high hardness is lower than that of the natural fracture filled by calcite.When the shear displacement of the fracture is larger than 0.15 mm,its permeability is mainly controlled by the overall roughness of the fracture surface,and when the shear displacement is less than 0.15 mm,the type and the size of the mineral particles control the permeability of the filled fracture.Acid solution dissolves cement to form an unconformity surface,which greatly improves the seepage capacity of the fracture,but the unfavorable effects of the shale strength weakening of and the particle migration caused by the acid solution need to be considered.

Key words:filled natural fracture;permeability;roughness;acidizing fracturing;shale reservoir