劉合，孟思煒，王素玲，董康興，楊柳，陶嘉平，梁立豪

［1.中國(guó)石油 勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083；2.東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318；3.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京），北京 100083］

中國(guó)頁(yè)巖油資源豐富，是重要的油氣戰(zhàn)略接替資源。目前已在準(zhǔn)噶爾［1］、鄂爾多斯［2］、渤海灣［3］、柴達(dá)木［4］等重點(diǎn)盆地取得突破，在部分頁(yè)巖層系中的致密薄夾層甜點(diǎn)富集區(qū)取得了良好開(kāi)發(fā)效果。然而，隨著頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)逐漸步入規(guī)模化階段，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層比例下降，頁(yè)巖源內(nèi)滯留油作為資源主體勢(shì)必成為勘探開(kāi)發(fā)重點(diǎn)對(duì)象［5］。松遼盆地北部古龍頁(yè)巖油是中國(guó)純頁(yè)巖型頁(yè)巖油規(guī)模化勘探開(kāi)發(fā)的首次探索，相較于北美海相沉積的頁(yè)巖油儲(chǔ)層，古龍頁(yè)巖油發(fā)育有機(jī)和無(wú)機(jī)雙重成因、由基質(zhì)孔隙和頁(yè)理縫組成的特殊儲(chǔ)集系統(tǒng)，具有有機(jī)質(zhì)成熟度高、原油黏度低、氣/油比高、壓力系數(shù)高的特征，改變了陸相頁(yè)巖油普遍呈現(xiàn)高密度、高黏度、低氣/油比特征的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)［6］。古頁(yè)油平1井以白堊系青山口組一段下部純頁(yè)巖為靶層，突破了在頁(yè)巖層系中開(kāi)發(fā)致密夾層的傳統(tǒng)理念，獲得高產(chǎn)工業(yè)油流，揭示了其巨大的資源潛力，但仍難以達(dá)到經(jīng)濟(jì)動(dòng)用門(mén)限［7］。如何實(shí)現(xiàn)該類頁(yè)巖油藏的規(guī)?；б骈_(kāi)發(fā)是亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

水平井多級(jí)多簇壓裂形成大規(guī)模復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)是頁(yè)巖油有效開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵［8-11］。區(qū)別于以致密薄夾層甜點(diǎn)富集區(qū)為靶體的夾層型頁(yè)巖油藏，古龍頁(yè)巖巖相厚度占比超過(guò)90 %，黏土礦物含量高，儲(chǔ)層塑性強(qiáng)，并具有強(qiáng)非均質(zhì)性特征［12］。巖心精描顯示，古龍頁(yè)巖水平頁(yè)理縫極為發(fā)育，每米約幾百至數(shù)千條，對(duì)水力壓裂裂縫擴(kuò)展產(chǎn)生重要影響［6］。水力裂縫遇到頁(yè)理可能產(chǎn)生貫穿、轉(zhuǎn)向、終止或階梯式延伸等形態(tài)，從而導(dǎo)致最終裂縫網(wǎng)絡(luò)形態(tài)極強(qiáng)的不確定性［13-14］。因此，明確古龍頁(yè)巖高黏土礦物含量和強(qiáng)非均質(zhì)性特征控制下的力學(xué)特性，科學(xué)認(rèn)識(shí)可壓性特征，闡明水力壓裂裂縫擴(kuò)展機(jī)理，指導(dǎo)古龍頁(yè)巖油工程靶體優(yōu)選、壓裂工藝設(shè)計(jì)與施工參數(shù)優(yōu)化，具有重要理論意義和應(yīng)用價(jià)值［15］。

1 樣品與研究方法

巖心庫(kù)巖心精描與前期樣品分析顯示，古龍凹陷青山口組頁(yè)巖主要包括長(zhǎng)英質(zhì)紋層狀頁(yè)巖、混合質(zhì)紋層狀頁(yè)巖以及黏土質(zhì)頁(yè)巖等3類主要巖相，在地層中占比超過(guò)90 %。在此基礎(chǔ)上，本文在古龍凹陷A井和B井的青山口組頁(yè)巖層系中進(jìn)行針對(duì)性取樣，樣品覆蓋青山口組的3類主要巖相，具有代表性。

研究中的主要實(shí)驗(yàn)手段包括：

1） 為明確待測(cè)樣品礦物組成特征，使用日本理學(xué)公司Rigaku D/max 2500 PC型X射線衍射儀分析樣品礦物組成特征，將樣品加工為粒徑125～150 μm的粉末后加入樣品槽內(nèi)，儀器以1°/min的速率，在3°～85°的范圍內(nèi)收集衍射數(shù)據(jù)，根據(jù)譜圖分析樣品礦物組成。

2） 為獲取樣品礦物分布特征，使用FEI公司QEMSCAN 650F礦物識(shí)別分析系統(tǒng)獲取樣品礦物組成、結(jié)構(gòu)與分布特征，樣品平面尺寸為1500 μm×3000 μm，掃描電子顯微鏡的電壓為5～35 kV，束流為0.78 pA～26 nA，掃描精度為1.5 μm。

3） 為得到待測(cè)樣品結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性特征，利用德國(guó)Zeiss偏光顯微鏡，對(duì)30 μm厚的巖石薄片進(jìn)行透射光觀察，觀察巖石礦物類型、形態(tài)和分布。

4） 為獲取待測(cè)樣品的力學(xué)非均質(zhì)性特征，使用自主研發(fā)的HADHJ-25/100-Ⅳ型頁(yè)巖劃痕測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，測(cè)定頁(yè)巖樣品的力學(xué)性能縱向連續(xù)分布特征。樣品為半圓柱巖心，尺寸為Φ（直徑）100 mm×（50～500） mm，測(cè)試刀片寬度為2～8 mm，深度測(cè)量范圍為0～1 mm，水平移動(dòng)范圍為0～500 mm。

5） 為明確待測(cè)樣品的巖石力學(xué)特征，開(kāi)展巖心三軸實(shí)驗(yàn)測(cè)試，將樣品加工為Φ25 mm×50 mm圓柱試樣，根據(jù)取心位置地應(yīng)力條件，在施加環(huán)向應(yīng)力39 MPa條件下，軸向加載標(biāo)準(zhǔn)圓柱試件至破壞。

6） 為明確古龍頁(yè)巖裂紋起裂與擴(kuò)展特征，使用自主搭建的原位環(huán)境頁(yè)巖斷裂實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將古龍頁(yè)巖制備為Φ70 mm的半圓盤(pán)標(biāo)準(zhǔn)試樣，并在試件表面噴涂均勻的隨機(jī)散斑點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程采用數(shù)字圖像技術(shù)以25幀/s的速率記錄古龍頁(yè)巖斷裂全過(guò)程，通過(guò)散斑圖像后處理分析古龍頁(yè)巖斷裂特征。

7） 為明確古龍的裂縫機(jī)理，借助RFPA數(shù)值模擬軟件［16-17］，構(gòu)建非均勻頁(yè)巖滲流-應(yīng)力-損傷耦合數(shù)值模型，揭示壓裂作用下的礦場(chǎng)尺度頁(yè)巖的破壞機(jī)制，明確水力裂縫的擴(kuò)展過(guò)程以及頁(yè)理對(duì)裂縫擴(kuò)展的影響。

2 “千層小薄餅”結(jié)構(gòu)控制下的古龍頁(yè)巖力學(xué)特征及斷裂機(jī)制

與常規(guī)儲(chǔ)層不同，古龍頁(yè)巖具有復(fù)雜儲(chǔ)層特征。古龍頁(yè)巖發(fā)育長(zhǎng)英質(zhì)、混合質(zhì)和黏土質(zhì)等多類紋層結(jié)構(gòu)及頁(yè)理縫，具有復(fù)雜形態(tài)特征（圖1）。長(zhǎng)英質(zhì)紋層呈波狀-透鏡狀順層分布，局部見(jiàn)液化砂脈、球枕構(gòu)造等，在長(zhǎng)英質(zhì)紋層內(nèi)部具有下粗上細(xì)的正韻律?；旌腺|(zhì)紋層順層分布，相對(duì)較平直，主要由介形蟲(chóng)殼體組成，含部分長(zhǎng)英質(zhì)顆粒，介形蟲(chóng)殼體主要為單瓣，呈疊瓦狀排列。黏土質(zhì)頁(yè)巖整體相對(duì)均一，幾乎無(wú)紋層，內(nèi)部長(zhǎng)英質(zhì)顆粒以黏土級(jí)粒徑為主，相對(duì)孤立分布于黏土礦物顆粒之中。其原因是，古龍頁(yè)巖形成于淡水-微咸水封閉靜水深湖環(huán)境，發(fā)育低密度濁流，形成多類巖相和紋層結(jié)構(gòu)，并發(fā)育頁(yè)理；同時(shí)，深湖絮凝狀波紋遷移等復(fù)雜搬運(yùn)方式，形成疊置交錯(cuò)紋層，再經(jīng)壓實(shí)和成巖作用，呈現(xiàn)了“千層小薄餅”式巖石結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法難以綜合考慮頁(yè)巖組分及結(jié)構(gòu)的雙重非均質(zhì)特征對(duì)力學(xué)行為的影響［18-19］。本文創(chuàng)新利用多尺度數(shù)字巖心表征和力學(xué)測(cè)試方法，探索古龍頁(yè)巖的非均質(zhì)力學(xué)特征及破壞機(jī)理。

圖1 松遼盆地古龍頁(yè)巖樣品巖石薄片顯微圖像Fig. 1 Thin section analysis of the samples from Gulong shale in the Songliao Basina.長(zhǎng)英質(zhì)紋層狀頁(yè)巖，埋深2492.1 m；b.混合質(zhì)紋層狀頁(yè)巖，埋深2450.2 m；c.黏土質(zhì)頁(yè)巖，埋深2492.9 m

2.1 礦物組構(gòu)特征

將古龍青山口組、隴東延長(zhǎng)組、吉木薩爾蘆草溝組和滄東孔店組頁(yè)巖樣品分別進(jìn)行X射線衍射全巖礦物分析（圖2）。結(jié)果顯示，青山口組頁(yè)巖樣品黏土礦物發(fā)育，含量主體介于30.1 %～60.3 %，平均為46.6 %，是主要的組成礦物。對(duì)比延長(zhǎng)組（30.7 %）、蘆草溝組（16.0 %）和孔店組（13.9 %）頁(yè)巖樣品，古龍青山口組頁(yè)巖具有典型的黏土高度發(fā)育特征。不同類型的古龍頁(yè)巖中，黏土質(zhì)頁(yè)巖的黏土礦物更為發(fā)育，平均含量為53.2 %；長(zhǎng)英質(zhì)紋層狀頁(yè)巖及混合質(zhì)紋層狀頁(yè)巖的黏土礦物相對(duì)較少，平均含量分別為41.9 %和40.3 %。

圖2 青山口組、延長(zhǎng)組、蘆草溝組和孔店組頁(yè)巖樣品礦物組成三角圖Fig. 2 Ternary diagram showing the mineral composition of shale samples from Qingshankou， Yanchang， Lucaogou and Kongdian formations

除黏土礦物外，古龍頁(yè)巖石英和長(zhǎng)石類等脆性礦物含量也較高，平均達(dá)到44.9 %。其中石英礦物含量穩(wěn)定，整體介于25.0 %～35.0 %。但高脆性礦物含量并不代表古龍頁(yè)巖具有較好的脆性特征。圖3展示了古龍頁(yè)巖3種主要巖相樣品的礦物組成與分布圖像，可以看出，古龍頁(yè)巖石英礦物在成因與形態(tài)方面存在較大差異。長(zhǎng)英質(zhì)紋層狀頁(yè)巖及混合質(zhì)紋層狀頁(yè)巖中，石英來(lái)源以陸源碎屑為主，顆粒大、呈次棱角狀、成層分布，對(duì)可壓性貢獻(xiàn)較大（圖3a，b）；而在黏土質(zhì)頁(yè)巖中，石英以自生硅質(zhì)為主，顆粒小、呈星點(diǎn)狀、包裹于黏土礦物中，對(duì)可壓性貢獻(xiàn)較小，擴(kuò)縫與保持困難（圖3c）。因此，應(yīng)對(duì)不同成因、產(chǎn)狀的石英礦物加以區(qū)分，準(zhǔn)確評(píng)估礦物組構(gòu)對(duì)可壓性的影響。

圖3 松遼盆地古龍頁(yè)巖礦物組成與分布特征Fig. 3 Mineral composition and distribution of samples from the Gulong shale in the Songliao Basina.長(zhǎng)英質(zhì)紋層狀頁(yè)巖，埋深2450.0 m，石英含量34 %；b.混合質(zhì)頁(yè)巖，埋深2501.3 m，石英含量29 %；c.黏土質(zhì)頁(yè)巖，埋深2352.6 m，石英含量33 %

2.2 非均質(zhì)力學(xué)特征

為評(píng)估“千層小薄餅”結(jié)構(gòu)對(duì)古龍頁(yè)巖力學(xué)特性的影響（圖4），使用自主研發(fā)的頁(yè)巖劃痕測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)古龍頁(yè)巖樣品縱向剖面進(jìn)行了巖石力學(xué)強(qiáng)度的連續(xù)測(cè)量，定量評(píng)估巖石力學(xué)性質(zhì)非均勻分布特征，識(shí)別力學(xué)弱面（圖5）。觀察圖5a樣品劃痕位置，發(fā)現(xiàn)整段劃痕表面均可見(jiàn)清晰高頻薄互層結(jié)構(gòu)特征，劃痕兩側(cè)出現(xiàn)大量破壞面，形成“豐”字形結(jié)構(gòu)。測(cè)試樣品的抗壓強(qiáng)度也表現(xiàn)出高頻波動(dòng)特征（圖5b），統(tǒng)計(jì)45 mm測(cè)試段中抗壓強(qiáng)度振幅，5～10 MPa的波動(dòng)次數(shù)為29次，平均6.44次/cm；10～20 MPa的波動(dòng)次數(shù)為18次，平均4.00次/cm；大于20 MPa的波動(dòng)次數(shù)為15次，平均3.33次/cm。這說(shuō)明古龍頁(yè)巖在“千層小薄餅”結(jié)構(gòu)控制下，其力學(xué)強(qiáng)度亦呈現(xiàn)高頻旋回特征，很大程度上影響裂縫起裂與擴(kuò)展行為，對(duì)傳統(tǒng)可壓性評(píng)價(jià)方法適用性帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

圖4 松遼盆地古頁(yè)3HC井頁(yè)巖巖心樣品照片F(xiàn)ig. 4 Photos of shale samples from Well Guye 3HC in the Songliao Basina.埋深2357.3 m；b.埋深2372.5 m；c.埋深2331.1 m

2.3 彈塑性特征

為評(píng)估古龍頁(yè)巖高黏土含量對(duì)彈塑性特征的影響，分別對(duì)古龍3種巖相典型頁(yè)巖樣品進(jìn)行三軸實(shí)驗(yàn)，測(cè)得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖6所示?？梢钥闯觯?類頁(yè)巖的加載應(yīng)力-應(yīng)變曲線均有4個(gè)典型的加載階段特征——裂紋閉合階段、彈性階段、裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展階段以及裂紋非穩(wěn)定擴(kuò)展階段。3塊樣品均呈現(xiàn)出非常明顯的塑性變形和殘余變形特征，峰后應(yīng)變軟化現(xiàn)象顯著，呈現(xiàn)強(qiáng)塑性特征。

圖6 松遼盆地古龍頁(yè)巖三軸實(shí)驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig. 6 Triaxial stress-strain curve of the Gulong shale in the Songliao Basin

計(jì)算得到長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖、混合質(zhì)頁(yè)巖和黏土質(zhì)頁(yè)巖彈性模量分別為13.284，12.702和8.419 GPa，說(shuō)明巖性對(duì)頁(yè)巖的變形能力有顯著的影響。其中黏土質(zhì)紋層狀頁(yè)巖黏土礦物含量更高，脆性石英礦物以自生石英為主，其塑性特征最為顯著；同時(shí)頁(yè)理縫等結(jié)構(gòu)缺陷最為發(fā)育，大幅降低了其力學(xué)強(qiáng)度，峰值強(qiáng)度僅88.42 MPa。長(zhǎng)英質(zhì)與混合質(zhì)紋層狀頁(yè)巖黏土礦物相對(duì)不發(fā)育，陸源石英礦物含量高，脆性相對(duì)更好，峰值強(qiáng)度同樣高于黏土質(zhì)頁(yè)巖，分別為106.32 MPa和96.78 MPa。

2.4 層理結(jié)構(gòu)對(duì)斷裂特性作用機(jī)制

古龍頁(yè)巖原位環(huán)境下的斷裂破壞特征是影響儲(chǔ)層造縫效果的關(guān)鍵因素。采用自主搭建的原位環(huán)境頁(yè)巖斷裂實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，針對(duì)古龍頁(yè)巖開(kāi)展不同層理方向的斷裂實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)合數(shù)字散斑測(cè)試技術(shù)，捕捉頁(yè)巖Ⅰ型裂縫尖端應(yīng)變演化規(guī)律，如圖7所示。基于數(shù)字圖像技術(shù)處理得到的不同加載時(shí)刻試件表面水平應(yīng)變場(chǎng)的可視化測(cè)試結(jié)果，顏色由藍(lán)至紅的變化過(guò)程代表試件表面變形量由小到大的過(guò)程。通過(guò)應(yīng)變場(chǎng)變化結(jié)果可以看出，隨著載荷的施加，試件表面逐漸出現(xiàn)了應(yīng)變集中帶，隨后裂縫將沿應(yīng)變集中帶擴(kuò)展。試驗(yàn)結(jié)果表明，古龍頁(yè)巖斷裂軌跡表現(xiàn)為多次拐折的隨機(jī)路徑，不同于常規(guī)脆性頁(yè)巖加載至峰值時(shí)的突然劈裂而形成單一直縫形態(tài)，對(duì)比之下，古龍頁(yè)巖斷裂演化過(guò)程相對(duì)穩(wěn)定，可捕捉到多次斷裂過(guò)程，裂縫形態(tài)更加復(fù)雜。

圖7 松遼盆地古龍頁(yè)巖斷裂可視化測(cè)試結(jié)果Fig. 7 Visualization results of the fracture behavior of the Gulong shale in the Songliao Basina.試件受力條件；b.峰前80 %；c.峰值載荷；d.峰后80 %；e.峰后60 %；f.峰后40 %

古龍頁(yè)巖不同溫度及層理角度下的斷裂實(shí)驗(yàn)加載曲線如圖8所示。由相同溫度不同層理角度加載曲線可以看出（圖8a），受非均質(zhì)頁(yè)理、紋層結(jié)構(gòu)的影響，斷裂過(guò)程呈漸進(jìn)式的穩(wěn)定破壞過(guò)程，具有緩慢的峰后跌落段，說(shuō)明古龍頁(yè)巖由較強(qiáng)塑性，不同層理角度的古龍頁(yè)巖具有各向異性，斷裂過(guò)程的力學(xué)響應(yīng)曲線表現(xiàn)為鋸齒狀波動(dòng)，試驗(yàn)加載過(guò)程中產(chǎn)生大量類似“千層餅”折斷的清脆響聲，與常規(guī)頁(yè)巖脆性斷裂呈現(xiàn)顯著不同的特征。由圖8b—d對(duì)比可以看出，由于古龍頁(yè)巖黏土含量高，溫度敏感性強(qiáng)，不同層理角度下古龍頁(yè)巖斷裂強(qiáng)度均隨著溫度升高而增大。

圖8 松遼盆地古龍頁(yè)巖斷裂實(shí)驗(yàn)加載曲線Fig. 8 Loading curve of fracturing experiment for the Gulong shale in the Songliao Basina.常溫條件下不同層理角度對(duì)比；b.層理角度0°條件下不同溫度對(duì)比；c.層理角度30°條件下不同溫度對(duì)比；d.層理角度60°條件下不同溫度對(duì)比

3 古龍頁(yè)巖壓裂裂縫擴(kuò)展機(jī)理

鑒于頁(yè)巖儲(chǔ)層低孔、低滲的特征，單一裂縫難以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層的高效開(kāi)發(fā)［20］，體積壓裂技術(shù)被提出并廣泛應(yīng)用于頁(yè)巖儲(chǔ)層壓裂施工中以提高裂縫復(fù)雜形態(tài)［21-22］。對(duì)于層理、天然裂縫發(fā)育的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層，其巖性差異大、儲(chǔ)層疊置且微裂縫發(fā)育程度低，難以形成復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)的頁(yè)巖油儲(chǔ)層，水力主裂縫激活層理或天然裂縫是形成復(fù)雜裂縫的主控因素［23］，需從地質(zhì)條件和施工參數(shù)兩方面提高水力裂縫激活層理或天然裂縫擴(kuò)展能力以提高裂縫復(fù)雜程度［24］。

為進(jìn)一步研究古龍頁(yè)巖的壓裂裂縫擴(kuò)展機(jī)理，設(shè)計(jì)了如下水力壓裂數(shù)值模型。模型尺寸為：24 m×8 m×8 m，層理間距為0.4 m，X，Y和Z軸方向地應(yīng)力分別為40，44和56 MPa，排量為7.68×10-3m3/s滑溜水壓裂液，黏度為1 mPa·s，模型如圖9所示，物理參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 水力壓裂數(shù)值模型物理力學(xué)參數(shù)Table 1 Physico-mechanical parameters for the hydraulic fracturing numerical model

圖9 水力壓裂數(shù)值模型Fig. 9 Sketch diagram showing the hydraulic fracturing numerical model（綠色表示層理，藍(lán)色表示頁(yè)巖基質(zhì)。）

圖10展示了古龍頁(yè)巖油滲流-應(yīng)力-損傷耦合數(shù)值模型裂縫擴(kuò)展模擬結(jié)果，通過(guò)最小主應(yīng)力圖來(lái)展示水力壓裂中裂紋的擴(kuò)展過(guò)程，顯示其具有“頁(yè)理控縫高”特殊壓裂造縫機(jī)制。在壓裂開(kāi)始階段，層理處出現(xiàn)了拉應(yīng)力集中。裂縫主要沿垂直于水平小主應(yīng)力方向擴(kuò)展，在縫高和縫長(zhǎng)方向擴(kuò)展速度相近；隨后裂縫在垂向擴(kuò)展過(guò)程中遇到水平層理弱面，弱面隨即發(fā)生破壞，形成“T”型裂縫；主裂縫在弱層位置產(chǎn)生分支，或直接轉(zhuǎn)向在層理內(nèi)部擴(kuò)展，“T”型裂縫長(zhǎng)度和開(kāi)度逐漸增大，直到遇到基質(zhì)；基質(zhì)內(nèi)應(yīng)力逐漸累積，發(fā)生破壞，“T”型結(jié)構(gòu)不再維持，主裂縫繼續(xù)在前方基質(zhì)中擴(kuò)展，逐漸接近下一弱層；重復(fù)這一過(guò)程，最終形成“豐”字形復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)。

圖10 松遼盆地古龍頁(yè)巖油藏水力裂縫擴(kuò)展過(guò)程Fig. 10 Sketch diagram showing the propagation process of the hydraulic fracture system of Gulong shale reservoir， Songliao Basin a.加載步50步；b.加載步100步；c.加載步150步；d.加載步200步

在“千層小薄餅”結(jié)構(gòu)和“頁(yè)理控縫高”特殊機(jī)制控制下，結(jié)合兩向應(yīng)力差較小的優(yōu)越條件，為體積壓裂形成復(fù)雜縫網(wǎng)提供了有利條件（圖11）?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐顯示，古龍頁(yè)巖油水力壓裂停泵壓力梯度高，介于0.024～0.031 MPa/m，進(jìn)一步證實(shí)了古龍頁(yè)巖油具有復(fù)雜水力裂縫特征［25］。但應(yīng)認(rèn)識(shí)到，復(fù)雜人工裂縫是一把雙刃劍，在泵注能量與造縫效率一定的條件下，高裂縫復(fù)雜度也意味著改造體積相對(duì)受限?？紤]到古龍頁(yè)巖特殊層理結(jié)構(gòu)及具有強(qiáng)塑性特征，進(jìn)一步抑制了裂縫有效擴(kuò)展能力，導(dǎo)致裂縫“擴(kuò)不高、延不遠(yuǎn)”成為壓裂開(kāi)發(fā)的主要制約?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，當(dāng)前壓裂工藝條件下，已暴露出近井裂縫過(guò)度發(fā)育、主縫延伸受限、加砂難度高等一系列問(wèn)題［26］。壓裂支撐裂縫高度普遍低于10 m，改造體積僅約為同規(guī)模致密油藏的40 %［6］。

圖11 松遼盆地古龍頁(yè)巖油藏水力壓裂三維裂縫形態(tài)Fig. 11 Three-dimensional morphology of the hydraulic fracture system of Gulong shale oil reservoir， Songliao Basin

針對(duì)古龍頁(yè)巖油藏壓裂改造難點(diǎn)，建議采用“控近擴(kuò)遠(yuǎn)”的壓裂設(shè)計(jì)理念，從射孔參數(shù)、射孔工藝、施工規(guī)模、液體體系、泵注程序和支撐劑組合等方面，加強(qiáng)壓裂施工過(guò)程控制，抑制近井裂縫過(guò)度發(fā)育，促進(jìn)主裂縫充分延伸，增大壓裂有效改造體積。

4 結(jié)論與展望

1） 對(duì)比已報(bào)道的國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖油藏，古龍頁(yè)巖黏土礦物含量平均高達(dá)46.6 %，儲(chǔ)層塑性強(qiáng)；頁(yè)理發(fā)育程度高、紋層結(jié)構(gòu)高度發(fā)育且形態(tài)復(fù)雜，具有“千層小薄餅”特征。

2） 古龍頁(yè)巖劃痕兩側(cè)出現(xiàn)大量破壞面，形成“豐”字形結(jié)構(gòu)，力學(xué)性質(zhì)具有高頻波動(dòng)特征，典型巖樣抗壓強(qiáng)度大于20 MPa的波動(dòng)次數(shù)為3.33次/cm。斷裂過(guò)程呈漸進(jìn)式的穩(wěn)定破壞過(guò)程，具有緩慢的峰后跌落段，斷裂軌跡表現(xiàn)為鋸齒狀隨機(jī)路徑，與常規(guī)頁(yè)巖脆性斷裂存在顯著不同。

3） 高密度頁(yè)理縫控制下，古龍頁(yè)巖油壓裂裂縫形態(tài)復(fù)雜，但縫高、縫長(zhǎng)明顯受抑制，結(jié)合儲(chǔ)層塑性特征影響，人工裂縫擴(kuò)不高、延不遠(yuǎn)，成為古龍頁(yè)巖油儲(chǔ)集層有效改造的主要制約。壓裂設(shè)計(jì)須遵循“控近擴(kuò)遠(yuǎn)”原則，控制近井裂縫復(fù)雜程度，強(qiáng)化主縫延伸，增加有效改造體積。

致謝：感謝黑龍江省揭榜掛帥項(xiàng)目“古龍頁(yè)巖油相態(tài)、滲流機(jī)理及地質(zhì)工程一體化增產(chǎn)改造研究”、“古龍頁(yè)巖儲(chǔ)層成巖動(dòng)態(tài)演化過(guò)程與孔縫耦合關(guān)系研究”的資助及大慶油田院士工作站的幫助。