侯 冰，木哈達(dá)斯·葉爾甫拉提，付衛(wèi)能，譚 鵬

（1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102249；2.中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院有限公司，北京 102206）

大型水力壓裂技術(shù)是實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖儲(chǔ)層商業(yè)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵[1-3]。壓裂實(shí)踐表明，平面射孔、交替注液、變黏變排量及多尺度造縫等[3-6]技術(shù)可極大提高水力裂縫與天然裂縫交叉幾率，增大頁(yè)巖儲(chǔ)層泄流面積。由于頁(yè)巖儲(chǔ)層壓力與產(chǎn)量衰減快，需及時(shí)實(shí)施老井重復(fù)壓裂。暫堵轉(zhuǎn)向壓裂通過(guò)暫堵初始改造裂縫、擴(kuò)大縫網(wǎng)波及區(qū)域，可極大提高頁(yè)巖重復(fù)壓裂的改造效果[7]。

目前，關(guān)于頁(yè)巖儲(chǔ)層水力裂縫擴(kuò)展規(guī)律及延伸形態(tài)已進(jìn)行大量研究[8-16]。在物理模擬方面，文獻(xiàn)[6,8-12]結(jié)果表明，淺層頁(yè)巖形成以魚(yú)骨刺裂縫為主裂縫的裂縫網(wǎng)絡(luò)，深層頁(yè)巖形成以臺(tái)階狀裂縫為主裂縫的裂縫網(wǎng)絡(luò)。侯冰等[5]研究如何將水力裂縫更多地與天然裂縫溝通，壓裂過(guò)程中逐步提高排量并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)擴(kuò)展行為。結(jié)果表明，隨著排量升高，水力裂縫與天然裂縫溝通形成復(fù)雜裂縫。為定量表征壓裂物模試驗(yàn)水力裂縫延伸范圍，侯冰等[13]提出裂縫改造面積(SRA)這一指標(biāo)評(píng)價(jià)水力壓裂效果。結(jié)果表明，頁(yè)巖脆性越高、壓裂液黏度越低，頁(yè)巖儲(chǔ)層改造面積越大。在數(shù)值模擬方面，F(xiàn).Zhang等[14]、R.R.Settgast 等[15]建立了全耦合三維水力裂縫擴(kuò)展數(shù)值模型，研究了張剪復(fù)合破壞模式下復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)延伸規(guī)律。然而，上述研究并未涉及水力裂縫暫堵后的擴(kuò)展行為。B.Wang 等[16]基于有限元模擬，研究了均質(zhì)儲(chǔ)層近井筒單縫暫堵轉(zhuǎn)向壓裂過(guò)程。W.Li 等[17]通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究了低地應(yīng)力條件下致密砂巖儲(chǔ)層暫堵重復(fù)壓裂水力裂縫延伸規(guī)律。結(jié)果表明，裂縫復(fù)雜程度深受水平地應(yīng)力差和天然裂縫的影響。然而，裂縫性層狀頁(yè)巖儲(chǔ)層地質(zhì)特征與應(yīng)力狀態(tài)更為復(fù)雜，頁(yè)巖暫堵壓裂時(shí)水力裂縫起裂與延伸機(jī)理尚不明確。F.Zhang 等[18]通過(guò)完全耦合地質(zhì)力學(xué)模型和微震分析研究近井摩阻對(duì)鷹福特井重復(fù)壓裂的影響。結(jié)果表明，由耗竭引起的應(yīng)力變化可以增強(qiáng)應(yīng)力的轉(zhuǎn)移，應(yīng)力在重復(fù)壓裂過(guò)程中的不同耗竭區(qū)域段分布發(fā)生不同變化。此實(shí)例微震可以評(píng)估重復(fù)壓裂中轉(zhuǎn)向有效性和預(yù)估壓裂液分布。F.Zhang 等[19]又采用離散元數(shù)值模型研究了裂縫網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)流性對(duì)水力壓裂效果的影響。模擬結(jié)果表明，裂縫網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)流性對(duì)水力壓裂效果起著關(guān)鍵作用，進(jìn)而影響泵注壓力、產(chǎn)生的微震和相應(yīng)的儲(chǔ)層改造體積，最終影響油井產(chǎn)量。P.Tan 等[20]通過(guò)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)研究了砂巖和煤巖不同組合試樣參數(shù)，如起裂壓力點(diǎn)、壓裂液黏度和注液排量對(duì)其裂縫擴(kuò)展的影響。結(jié)果表明，水力裂縫主裂縫在天然裂縫中起裂擴(kuò)展，隨著地應(yīng)力變化而發(fā)生轉(zhuǎn)向、分叉等現(xiàn)象；裂縫沿最大水平主應(yīng)力方向起裂；在同一時(shí)間產(chǎn)生多裂縫起裂和擴(kuò)展。侯冰等[21]利用室內(nèi)物模實(shí)驗(yàn)對(duì)頁(yè)巖試樣開(kāi)展體積壓裂實(shí)驗(yàn)，建立多通道聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)裂縫縫網(wǎng)形成過(guò)程進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)跟蹤，監(jiān)測(cè)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，聲發(fā)射累積次數(shù)最高點(diǎn)先于破裂壓力點(diǎn)出現(xiàn)，水力裂縫擴(kuò)展接收的聲發(fā)射信號(hào)多于天然裂縫開(kāi)啟過(guò)程，地層破裂后泵壓曲線的波動(dòng)可以識(shí)別裂縫之間的溝通程度。

基于此，本文通過(guò)選取四川天然龍馬溪組頁(yè)巖露頭，結(jié)合聲發(fā)射監(jiān)測(cè)定位方法，開(kāi)展暫堵轉(zhuǎn)向壓裂物理模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)依據(jù)相似準(zhǔn)則[21]，研究地應(yīng)力以及注液速率等因素對(duì)頁(yè)巖暫堵壓裂水力裂縫起裂及轉(zhuǎn)向擴(kuò)展行為的影響。試驗(yàn)結(jié)果可為認(rèn)識(shí)頁(yè)巖儲(chǔ)層暫堵轉(zhuǎn)向壓裂水力裂縫擴(kuò)展行為及指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)重復(fù)壓裂改造提供參考。

1 頁(yè)巖暫堵壓裂模擬試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1.1 試件制備及試驗(yàn)裝置 試件采用四川長(zhǎng)寧地區(qū)龍馬溪組天然頁(yè)巖露頭加工而成。利用線切割技術(shù)剔除不規(guī)則頁(yè)巖露頭被風(fēng)化的巖石表面，加工成300 mm×300 mm×300 mm 立方體試樣，試驗(yàn)前將壓裂試樣表面打磨平整。待切割、打磨完成后，沿平行于頁(yè)巖層理面的面中心鉆取長(zhǎng)度為180 mm、直徑為20 mm 的圓柱形沉孔，并采用高強(qiáng)度錨栓固結(jié)長(zhǎng)度為120 mm 的模擬井筒，預(yù)留60 mm 裸眼段。試樣制備過(guò)程如圖1 所示。

試驗(yàn)共包括6 組頁(yè)巖壓裂試樣，由同一巖體切割加工而成，保證各試樣裂縫分布特征和發(fā)育程度大體相似。為便于觀察和對(duì)比壓裂前后裂縫形態(tài)及與天然裂縫溝通情況，壓裂前對(duì)試樣表面天然裂隙分布特征進(jìn)行標(biāo)注，如圖2 所示。圖2 中紅色線表示天然裂縫，黃色線表示頁(yè)巖層理。

壓裂模擬試驗(yàn)裝置是中國(guó)石油大學(xué)(北京)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)組建的一套大尺寸真三軸試驗(yàn)系統(tǒng)[22]。模擬系統(tǒng)由真三軸實(shí)驗(yàn)架、MTS 伺服增壓泵、穩(wěn)壓源、油水隔離器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及其他輔助裝置構(gòu)成。注液系統(tǒng)最高注入壓力為100 MPa，最大加載圍壓為30 MPa，最大注液排量為100 mL/min。模擬過(guò)程中，通過(guò)穩(wěn)壓源向扁千斤施加剛性載荷模擬三向地應(yīng)力，通過(guò)MTS 伺服增壓泵將油水隔離器中的壓裂液沿管線注入試樣內(nèi)部，形成高壓致裂巖石。整個(gè)模擬壓裂過(guò)程中，采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可自動(dòng)監(jiān)測(cè)和記錄泵壓、排量與注液量等信息，并以時(shí)間-排量曲線、時(shí)間-壓力曲線以及排量-壓力曲線的方式進(jìn)行實(shí)時(shí)輸出，從而對(duì)水力裂縫擴(kuò)展過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。另外，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程采用聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)[21]，用于協(xié)同分析水力裂縫擴(kuò)展過(guò)程中泵壓曲線的的波動(dòng)特征。

1.1.2 試驗(yàn)流程 水力壓裂試驗(yàn)中，壓裂液的泵注過(guò)程分為兩個(gè)階段：第一階段，按一定排量將不含暫堵劑的壓裂液注入試樣內(nèi)部，致裂巖石形成初始裂縫。待第一階段結(jié)束后停泵，將壓裂液更換為含有暫堵劑的混合溶液，開(kāi)泵采用與第一階段相同的排量進(jìn)行第二階段壓裂。為便于試驗(yàn)結(jié)束后觀察和對(duì)比兩個(gè)注液階段水力裂縫延伸形態(tài)及延伸范圍，第一階段壓裂時(shí)向壓裂液中添加熒光粉作為裂縫示蹤劑，第二階段壓裂時(shí)不添加示蹤劑（通過(guò)暫堵劑和液體前緣監(jiān)測(cè)裂縫范圍）。不同壓裂階段的壓裂液體系如圖3 所示。試驗(yàn)結(jié)束后，通過(guò)紫外線燈照射采集試驗(yàn)結(jié)果，可清晰顯示和區(qū)分兩次注液階段水力裂縫延伸范圍。

1.2 試驗(yàn)方案

開(kāi)展頁(yè)巖暫堵轉(zhuǎn)向水力壓裂物理模擬試驗(yàn)，研究地應(yīng)力差、暫堵劑類型、濃度以及注入排量因素對(duì)頁(yè)巖水力裂縫形態(tài)及擴(kuò)展規(guī)律的影響。試驗(yàn)參數(shù)基于四川長(zhǎng)寧地區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖壓裂層段地應(yīng)力、施工排量和壓裂液黏度等現(xiàn)場(chǎng)條件，并結(jié)合頁(yè)巖壓裂模擬實(shí)驗(yàn)相似準(zhǔn)則和實(shí)際模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工作參數(shù)計(jì)算得到，結(jié)果見(jiàn)表1。試驗(yàn)中，壓裂液黏度為3 mPa·s；第一階段注入不含暫堵劑的壓裂液體積為400 mL，第二階段注入含暫堵劑的壓裂液體積為500 mL。

表1 試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

試驗(yàn)結(jié)束后，采用侯冰等[13]提出的裂縫溝通面積(SRA)指標(biāo)，定量表征水力裂縫改造范圍。裂縫溝通面積是指頁(yè)巖水力壓裂物模實(shí)驗(yàn)中，壓裂后試樣中的裂縫面（包括主裂縫及水力裂縫溝通的天然裂縫、層理面）面積總和。通過(guò)計(jì)算得到SRA 指標(biāo)，可以定量評(píng)價(jià)水力裂縫延伸及天然裂縫溝通區(qū)域。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)束后，沿試件表面的裂縫面將巖石劈裂，觀察不同泵注階段水力裂縫內(nèi)部幾何形態(tài)以及水力裂縫與天然裂縫溝通特征，發(fā)現(xiàn)壓后水力裂縫呈現(xiàn)非平面縫網(wǎng)擴(kuò)展模式，而非單一的平直裂縫。暫堵劑作用后，可有效封堵初始裂縫，促進(jìn)復(fù)雜多裂縫的形成。試驗(yàn)結(jié)果如圖4 所示。

1#試樣（見(jiàn)圖4(a)）初始水力裂縫從裸眼段起裂后，在縫長(zhǎng)方向上沿著最大水平主應(yīng)力方向擴(kuò)展，縫高上主要沿下方擴(kuò)展，形成平行于井筒的垂直裂縫。隨著暫堵劑注入，有效暫堵初始裂縫，誘導(dǎo)裂縫沿垂直于井筒方向局部轉(zhuǎn)向，延伸小段距離后轉(zhuǎn)向繼續(xù)沿平行井筒方向擴(kuò)展，最終形成縫內(nèi)轉(zhuǎn)向的階梯狀裂縫。

2#試樣（見(jiàn)圖4(b)）受近井筒天然裂縫影響，初始裂縫沿與井筒斜交的天然裂縫起裂并擴(kuò)展。隨著暫堵劑的注入，初始張開(kāi)的天然裂縫被有效封堵，井眼底部憋壓產(chǎn)生垂直井筒方向的橫切裂縫。3#試樣與2#試樣裂縫擴(kuò)展形態(tài)相似，如圖4(c)所示。

4#試樣（見(jiàn)圖4(d)）受近井筒層理縫影響，初始裂縫首先從裸眼段底部起裂后，沿層理面擴(kuò)展，擴(kuò)展過(guò)程中激活與其斜交的天然裂縫。暫堵劑注入后對(duì)層理形成有效封堵，誘導(dǎo)井筒內(nèi)憋壓，最終形成垂直井筒的橫切縫。

5#試樣（見(jiàn)圖4(e)）初始裂縫首先沿裸眼段頂部的天然裂縫起裂并擴(kuò)展。隨著暫堵劑有效注入，對(duì)初始裂縫進(jìn)行有效封堵，裸眼段底部產(chǎn)生新裂縫，形成垂直井筒方向的橫切縫。

6#試樣（見(jiàn)圖4(f)）初始裂縫沿垂直井筒方向起裂、擴(kuò)展形成橫切裂縫，隨暫堵劑的有效注入，產(chǎn)生與初始裂縫平行的橫切縫，并且在水力裂縫擴(kuò)展過(guò)程中，激活兩條斜交的層理弱面，最終形成復(fù)雜縫裂縫網(wǎng)絡(luò)。

試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著暫堵劑的注入，水力裂縫展現(xiàn)出縫內(nèi)轉(zhuǎn)向、起新縫以及起新縫結(jié)合縫內(nèi)轉(zhuǎn)向3 種擴(kuò)展模式，提高了頁(yè)巖水力裂縫的復(fù)雜程度。根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，可將頁(yè)巖暫堵壓裂水力裂縫形態(tài)總結(jié)為4 種基本類型，如圖5 所示。

(1)臺(tái)階裂縫：首先形成激活天然裂縫或垂直井筒的初始裂縫，暫堵劑注入后，形成縫內(nèi)轉(zhuǎn)向的階梯狀裂縫，見(jiàn)圖5(a)；(2)激活弱面的橫切縫：首先張開(kāi)與井筒斜交的弱結(jié)構(gòu)面（天然裂縫或?qū)永砻妫?，暫堵劑注入后，封堵張開(kāi)的天然弱面，形成垂直井筒的橫切裂縫（或先形成橫切裂縫，后激活天然弱面），見(jiàn)圖5(b)；(3)簡(jiǎn)單多裂縫：首先形成垂直井筒的初始橫切裂縫，暫堵劑注入后，形成與初始縫平行的橫切裂縫，見(jiàn)圖5(c)；(4)復(fù)雜多裂縫網(wǎng)絡(luò)：首先形成垂直井筒的初始橫切裂縫，暫堵劑注入后，形成平行于初始縫并伴隨原生裂隙激活的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)，見(jiàn)圖5(d)。

2.2 影響因素分析

2.2.1 地應(yīng)力差的影響 設(shè)置兩組試驗(yàn)分析水平地應(yīng)力差的影響。第1 組：1#、2#、3#和5#試樣，對(duì)應(yīng)的水平應(yīng)力差分別為 5、8、12、15 MPa，排量為20 mL/min；第 2 組：4#和 6#試樣，對(duì)應(yīng)的水平應(yīng)力差分別為12、15 MPa，排量為50 mL/min。

第1 組試驗(yàn)中，當(dāng)?shù)貞?yīng)力差小于12 MPa 時(shí)，在第1 注液階段，初始水力裂縫均沿著近井筒附近的原生層理或天然裂縫起裂并擴(kuò)展（見(jiàn)圖4（a）-（c）），當(dāng)?shù)貞?yīng)力差增加至15 MPa 時(shí)，初始水力裂縫為垂直最小地應(yīng)力方向（即垂直井筒方向）的平直橫切裂縫。在第2 注液階段，當(dāng)?shù)貞?yīng)力差為5 MPa時(shí)，通過(guò)暫堵劑縫內(nèi)封堵形成憋壓，水力裂縫發(fā)生局部轉(zhuǎn)向，僅擴(kuò)展小段距離后繼續(xù)沿著平行層理方向擴(kuò)展（見(jiàn)圖4（a）），當(dāng)?shù)貞?yīng)力差大于 5 MPa 時(shí)，注入的暫堵劑有效封堵初始張開(kāi)的天然弱面，并在裸眼段根部誘導(dǎo)形成垂直井筒的橫切裂縫。第2 組試驗(yàn)中，4#試樣巖心的水平應(yīng)力差為12 MPa，由圖4（d）可知，初始裂縫沿著天然層理面起裂后在縱向延伸過(guò)程中，溝通了與其斜交的天然裂縫，相比3#試樣，水力裂縫形態(tài)更為復(fù)雜。同樣，相比5#、6#試樣，水力裂縫擴(kuò)展過(guò)程中亦激活了更多的天然弱面。

試驗(yàn)結(jié)果表明，不同地應(yīng)力差異條件下頁(yè)巖暫堵壓裂水力裂縫形態(tài)及延伸規(guī)律不同。當(dāng)?shù)貞?yīng)力差較小時(shí)，對(duì)水力裂縫擴(kuò)展的限制作用小，初始水力裂縫往往沿頁(yè)巖近井筒發(fā)育的原生弱面擴(kuò)展，而非垂直最小地應(yīng)力方向，暫堵劑的注入僅能誘導(dǎo)裂縫局部短距離轉(zhuǎn)向，無(wú)法改變整體的裂縫延伸路徑，最終裂縫類型為臺(tái)階狀縫（見(jiàn)圖5（a））。隨著地應(yīng)力差增加，對(duì)裂縫的控制力增強(qiáng)，暫堵劑對(duì)初始張開(kāi)的初始天然弱面封堵后，誘導(dǎo)產(chǎn)生沿最大地應(yīng)力方向延伸的橫切裂縫，最終裂縫類型為激活弱面的橫切縫（見(jiàn)圖5（b））。當(dāng)?shù)貞?yīng)力差達(dá)到15 MPa時(shí)，近井筒處的天然裂縫難以激活，初始裂縫為沿垂直最小地應(yīng)力方向的單一橫切裂縫，暫堵劑注入后，在此高應(yīng)力差狀態(tài)下仍可有效封堵初始裂縫，誘導(dǎo)產(chǎn)生與其平行的橫切裂縫，最終裂縫類型為簡(jiǎn)單多裂縫（見(jiàn)圖5（c））。因此，對(duì)于我國(guó)四川盆地深部龍馬溪頁(yè)巖儲(chǔ)層，平均水平地應(yīng)力差10 MPa 時(shí)，實(shí)施暫堵轉(zhuǎn)向水力壓裂仍有望提高裂縫復(fù)雜程度，改善頁(yè)巖儲(chǔ)層壓裂效果。

2.2.2 排量的影響 設(shè)計(jì)了兩組試驗(yàn)分析排量的影響。第1 組：3#和4#試樣，對(duì)應(yīng)的排量分別為20、50 mL/min，地應(yīng)力差為 12 MPa；第 2 組：5#和6#試樣，對(duì)應(yīng)的排量分別為20、50 mL/min，地應(yīng)力差為15 MPa。

在第 1 組中，當(dāng)注入排量為 20 mL/min 時(shí)，3#試樣初始水力裂縫基本沿天然裂縫起裂并擴(kuò)展，當(dāng)注入排量為50 mL/min 時(shí)，4#試樣沿天然裂縫起裂的初始裂縫在延伸過(guò)程中，水力裂縫穿透并激活與其斜交的天然裂縫。結(jié)果顯示，4#試樣最終的裂縫溝通面積（SRA=1.75）大于3#試樣裂縫溝通面積（SRA=1.50）。在高排量下，水力裂縫穿透天然裂縫時(shí)可伴隨壓裂液沿天然裂縫濾失，提高天然裂縫周?chē)紫秹毫Γ沟媚?庫(kù)倫準(zhǔn)則中的莫爾圓左移誘導(dǎo)天然裂縫發(fā)生剪切破壞，從而增大裂縫復(fù)雜程度。在第2 組中，排量對(duì)裂縫形態(tài)及裂縫溝通面積的影響規(guī)律與12 MPa 地應(yīng)力差條件下相似，6#試樣裂縫溝通面積（SRA=1.50）大于5#試樣裂縫溝通面積（SRA=1.00）。另外，對(duì)比兩組地應(yīng)力差條件下試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，第1 組試樣（3#和4#試樣）比第2 組試樣（5#和6#試樣）具有更大的SRA，結(jié)合2.2.1可知，低地應(yīng)力差對(duì)裂縫擴(kuò)展路徑限制更弱。

基于上述分析可知，裂縫性頁(yè)巖儲(chǔ)層高排量壓裂可增加水力裂縫的延伸距離，并激活周?chē)烊涣芽p群，提高儲(chǔ)層改造體積。同時(shí)，高注液速率亦可減少壓裂液沿初始裂縫滲濾幾率，提高裂縫暫堵效果，使井筒內(nèi)快速增壓，水力能量集中，從而增大多裂縫的形成幾率。因此，建議現(xiàn)場(chǎng)壓裂作業(yè)時(shí)，在地面設(shè)備承壓及施工條件允許的情況下，選擇大于20 mL/min（對(duì)應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)10 m3/min）的排量。

2.3 泵壓曲線分析

通過(guò)聲發(fā)射計(jì)數(shù)曲線與泵壓曲線綜合分析，有助于更好地認(rèn)識(shí)頁(yè)巖水力裂縫起裂與暫堵轉(zhuǎn)向擴(kuò)展行為。以3#試樣為例進(jìn)行詳細(xì)描述，其泵壓-時(shí)間-聲發(fā)射次數(shù)曲線如圖6 所示。在第1 階段，當(dāng)井筒內(nèi)部增壓至32.50 MPa（1 294 s）時(shí)，巖石發(fā)生破裂，水力裂縫充分延伸至試樣端部后停泵。觀察這一階段壓裂曲線并未展示出顯著的壓降破裂特征，分析認(rèn)為這主要受到水力裂縫起裂方式的影響。如圖4(c)所示，初始水力裂縫沿天然裂縫起裂延伸，未張開(kāi)頁(yè)巖基質(zhì)。因此，在井筒不斷增壓過(guò)程中，注入的流體會(huì)不斷滲透至天然裂縫內(nèi)部，井筒和裂縫空間充滿流體且保持相近壓力，使巖石破裂時(shí)壓力不再波動(dòng)。待第1 階段壓裂完成后停泵，更換為含暫堵劑的壓裂液，進(jìn)行第2 階段壓裂。隨著壓裂液的注入，暫堵劑封堵初始裂縫后井筒內(nèi)部二次增壓，當(dāng)壓力達(dá)到34.75 MPa（2 823 s）時(shí)，壓力降低產(chǎn)生新的破裂點(diǎn)，延展形成新的裂縫。觀察壓后裂縫形態(tài)（見(jiàn)圖4(c)），二次裂縫為垂直最小水平地應(yīng)力方向（即垂直井筒）的橫切縫。通過(guò)對(duì)比兩個(gè)階段的破裂壓力，第2 階段破裂壓力高于第1 階段，亦間接證實(shí)了頁(yè)巖暫堵壓裂堵老縫造新縫以及提高裂縫復(fù)雜程度的可行性。

綜合觀察聲發(fā)射信號(hào)與壓裂曲線的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，聲發(fā)射次數(shù)在泵壓升高、巖石未發(fā)生破裂時(shí)開(kāi)始大量積累，在巖石峰值破裂壓裂前已達(dá)到最大。對(duì)于這種現(xiàn)象，侯冰等[21]研究認(rèn)為，在井內(nèi)增壓過(guò)程中，巖石內(nèi)部已經(jīng)出現(xiàn)了很多微觀裂縫，產(chǎn)生微破裂表象（即可產(chǎn)生聲信號(hào)），峰值壓力點(diǎn)僅為微觀裂縫突然貫通形成宏觀裂縫的表象。同時(shí)，結(jié)合壓后裂縫形態(tài)（見(jiàn)圖4(c)）可知，初始水力裂縫沿天然裂縫擴(kuò)展時(shí)不易產(chǎn)生斷裂行為，故聲信號(hào)微弱，幾乎無(wú)事件數(shù)產(chǎn)生（a-b 階段）；而二次水力裂縫擴(kuò)展時(shí)頁(yè)巖基質(zhì)不斷破裂，可誘發(fā)產(chǎn)生密集的聲發(fā)射信號(hào)（de 階段）。另外，瞬時(shí)停泵及停泵期間（b-c 階段）也產(chǎn)生了較為明顯的聲信號(hào)，原因在于水力裂縫閉合以及壓裂液沿原生裂隙的滲流會(huì)導(dǎo)致試樣內(nèi)部尋求新的應(yīng)力平衡，誘導(dǎo)產(chǎn)生輕微的錯(cuò)動(dòng)和摩擦。

3 結(jié)論與建議

（1）頁(yè)巖暫堵壓裂可提高縫網(wǎng)復(fù)雜程度和波及范圍，最終水力裂縫形態(tài)展現(xiàn)4 種基本模式，包括臺(tái)階裂縫、激活天然弱面的橫切縫、簡(jiǎn)單多裂縫以及復(fù)雜多裂縫網(wǎng)絡(luò)。

（2）當(dāng)?shù)貞?yīng)力差較小時(shí)，暫堵劑僅能誘導(dǎo)裂縫局部短距離轉(zhuǎn)向，無(wú)法改變整體延伸路徑；當(dāng)?shù)貞?yīng)力差較大時(shí)，暫堵劑封堵沿垂直最小地應(yīng)力方向的初始裂縫，誘導(dǎo)產(chǎn)生與其平行的二次裂縫，近井筒天然裂縫難以激活。

（3）頁(yè)巖儲(chǔ)層暫堵轉(zhuǎn)向壓裂時(shí)，增大注液排量可以提高多裂縫形成幾率及最終裂縫溝通面積，建議現(xiàn)場(chǎng)壓裂作業(yè)時(shí)，在地面設(shè)備承壓及施工條件允許下，選擇高于20 mL/min（現(xiàn)場(chǎng)10 m3/min）的排量，同時(shí)，可在熟悉的頁(yè)巖儲(chǔ)層地質(zhì)特征條件下結(jié)合變排量變黏度壓裂工藝。