摘要：压裂改造是页岩气开发的关键技术,岩石的脆性评价是储层可改造性的重要参数之一。实验室中通常利用岩芯柱进行波速测量,获得杨氏模量和泊松比以评价页岩的脆性系数。但规则的页岩岩芯很难获得。为此,利用非规则的页岩岩屑,设计并提出了一套基于脉冲回声法的岩屑高精度波速测量的仪器和方法。分析了影响岩屑波速测量精度的主要因素,引入了新针式高频声波探头和新数字信号分析方法,利用脉冲回声法,通过提高采样率和信噪比、使用自相关的方法来提高精度,形成了一套页岩岩屑高精度波速测量的仪器与方法。同时试验结果也与规则岩芯测量结果进行了对比,证实了此仪器与方法的可靠性。

摘要：储层可压性评价是判断储层被有效改造的难易程度以及确定压裂“甜点”的有效方法。然而,目前国内外的储层可压性评价方法主要集中在单一岩性上,未考虑多岩性组合情况。选取松辽盆地大情字井地区青山口组砂-页夹层型储层为研究对象,通过对不同深度的砂岩和页岩进行X射线衍射和岩石力学实验,利用模糊层次分析法建立一种新的基于能量演化与应力-应变曲线中不同阶段脆性敏感指数的脆性评价方法。同时,对复合岩石脆性破坏程度进行分析和定量评价,将复合岩石脆性指数与矿物含量和黏聚力结合,建立多岩性复合储层的可压性评价体系。实验结果表明:复合岩样的单轴和三轴抗压强度随着页岩夹层厚度减少而降低,但脆性指数随页岩夹层厚度减少先降低后增加,可压性指数随围压增加而降低。基于连续取芯进行的力学实验和矿物含量实验,绘制可压性指数随埋深变化的曲线,将现场微地震监测结果与对应埋深储层段的可压性指数进行比较,验证了该可压性评价方法的准确性。研究结果为多岩性复合储层的压裂设计提供了关键参数和理论依据。

摘要：借助MTS岩石力学实验系统和PAC声发射仪,开展页岩单轴加载破坏全过程的力学特征和声发射特征研究。根据页岩应力—应变曲线、声发射事件数等资料,研究了页岩声发射事件数(AE数)、累计声发射率与应力和时间之间的关系。研究表明:页岩存在一定的各向异性和非均质性,在初始压密阶段,若页岩中存在微裂隙,就会产生声发射事件;在弹性阶段的后期,随着应力水平的增加,岩石声发射显著增加,特别是快到破坏应力时,岩石声发射事件增长迅速;在破裂阶段,页岩接近峰值强度时,单位时间内的应力增长速度减小,声发射事件数出现明显下降。研究结果可为页岩压裂施工参数的优化设计,特别是页岩气的水力压裂、开采提供技术支持。

摘要：水力压裂作为页岩气储层开采的核心技术,在压裂过程中水力裂缝的扩展会遇到天然裂缝,与天然裂缝相交后压裂缝的扩展特征对缝网的形成有明显影响,从而影响最终压裂改造效果。基于内聚力单元建立了基于断裂力学的页岩气储层渗流-应力-断裂耦合的水力裂缝与多个天然裂缝相交扩展模型,研究了不同天然裂缝倾角、天然裂缝尺寸、应力差、压裂液排量和黏度下水力裂缝与天然裂缝扩展形态规律。采用基于Bagging算法集成支持向量机(support vector machines, SVM)、决策树(decision tree classifier, DTC)、逻辑回归(logistic regression, LR)、K最邻近算法(K-nearest neighbor, KNN)的裂缝形态分类器对裂缝相交扩展形态进行预测,并将Bagging算法预测结果与SVM、DTC、LR、KNN预测结果进行比较。研究结果表明:基于Bagging集成算法对水力裂缝与天然裂缝相交扩展形态预测准确率达到了92.58%,相较于单个算法,最高提升了17.95%,其中应力差越小、天然裂缝倾角、裂缝尺寸越大和压裂液排量、黏度越低越容易产生剪切缝,反之容易形成穿层缝。通过建立的水力压裂预测结果的数据集对裂缝扩展的路径和形态进行智能化预测,为利用人工智能和机器学习算法进行完井压裂优化设计提供了方法参考和对实际压裂过程优化设计提供了重要参考依据。