支撑剂支撑对页岩储层应力敏感性的影响-辽宁化工2022年02期

摘      要： 压裂是页岩气藏增产改造的关键措施，支撑剂作为压裂增产的重要物料，其不断地泵入使得储层应力敏感性复杂化，影响压裂施工效果。选取四川志留系龙马溪组露头页岩岩样，开展支撑剂作用下的应力敏感性实验，并对比了有支撑与无支撑、单层均匀支撑与Hiway支撑的裂缝页岩岩样的应力敏感性差异。结果表明，损害程度由弱到强依次为Hiway支撑裂缝干样、单层均匀支撑裂缝岩样、无支撑裂缝岩样。分析认为，高强度支撑剂代替裂缝壁面微凸体，起到支撑裂缝的作用，弱化了储层的应力敏感性;Hiway支撑效果优于单层均匀支撑，原因在于Hiway支撑方式下，支撑剂“支柱”之间形成高导流能力的通道，弱化了储层的应力敏感性。

关  键  词：页岩; 应力敏感; 支撑剂; 裂缝

中图分类号：TE258      文献标识码： A      文章编号： 1004-0935（20202022）0×2-00000266-0×3

页岩气藏储层虽天然微裂缝发育，但仍需压裂获取人工裂缝网络才能获得工业气流[1]。人工裂缝网络改善了页岩储层的渗流条件，又增加了应力敏感损害的损害机会。此外，压裂过程中，为保证裂缝不因应力释放而闭合，大量的支撑剂由压裂液带入dsu9DwYP5Ie8zV1snNFOEA==并滞留在裂缝中[2-4]。支撑剂的泵入可使裂缝保持高导流能力，但随着开发过程中储层有效应力的变化，泵入储层的支撑剂使得储层应力敏感性复杂化。已有学者探讨了压裂液的浸润作用、钻完井液的碱侵蚀作用对页岩应力敏感性的影响[5-6]，而对支撑剂对页岩储层应力敏感性的影响研究甚少。

为明确支撑剂对页岩储层应力敏感性的影响程度及作用机理，本文以四川志留系龙马溪组露头页岩岩样为研究对象，开展支撑剂作用下的应力敏感性实验，结合无因次渗透率、扫描电镜实验结果，对比分析了有支撑与无支撑、单层均匀支撑与Hiway支撑的裂缝页岩岩样的应力敏感性差异。

1  实验材料

钻取四川盆地龙马溪组露头页岩，并进行人工造缝处理，开展6组应力敏感性实验，其中无支撑裂缝岩样、单层均匀支撑裂缝岩样、Hiway支撑裂缝岩样各两组，岩样处理方式见表1和图1。支撑剂取自长宁某井陶粒支撑剂（60～100目（250～150μm））。

2  实验方法

将岩样放入岩心夹持器，按顺序依次测量有效应力点3、5、7、10、20、30、40、50 MPa对应的渗透率。使用应力敏感性系数法评价应力敏感性，评价标准如表2所示。

2  实验方法

将岩样放入岩心夹持器，按顺序依次测量有效应力点3MPa、5MPa、7MPa、10MPa、20MPa、30MPa、40MPa、50MPa对应的渗透率。使用应力敏感性系数法评价应力敏感性，评价标准如表2所示。

3  实验结果

如图2所示，无支撑裂缝岩样的渗透率降低主要发生在有效应力小于20 MPa以内，渗透率对有效应力比较敏感，降低显著。随着有效应力继续增加，岩样渗透率下降幅度变缓，无支撑裂缝岩样为中等偏强;单层均匀支撑及Hiway支撑岩样的渗透率在有效应力小于20 MPa时降幅较小，有效应力大于20 MPa时渗透率降幅较明显，但其渗透率始终大于无支撑裂缝岩样的渗透率。无因次渗透率保持率由大到小依次为Hiway支撑>单层均匀支撑>无支撑，应力敏感系数由小到大依次为Hiway支撑<单层均匀支撑<无支撑。支撑裂缝岩样的无因次渗透率保持率高、应力敏感系数小，支撑剂弱化了页岩的应力敏感性，其中Hiway支撑方式的优势更为显著。

4  结果讨论

有效应力从0 MPa增至20 MPa过程中，无支撑裂缝岩样裂缝面微凸体易产生形变，裂缝两面啮合程度增加，裂缝空间减小，其渗透率保持率迅速下降，使裂缝趋于闭合，渗透率降低;支撑裂缝岩样，高强度支撑剂代替裂缝壁面微凸体，起到支撑裂缝的作用，使得岩样的渗透率下降不明显。

有效应力从20 MPa增至50 MPa过程中，无支撑裂缝岩样裂缝两表面微凸体形成的接触点数量增多，支撑作用增强，裂缝宽度不再发生明显变化，但由于微凸体本身的弹塑性变形，裂缝宽度仍有一定程度的降低，随着有效应力的进一步增加，两缝面之间的凹凸体充分接触，裂缝宽度逐渐稳定;而支撑裂缝岩样中支撑剂嵌入破碎致使支撑裂缝岩样渗透率减小（如图3所示），加载后期岩样的渗透率趋于稳定，支撑剂支撑弱化了裂缝岩样的应力敏感性。

5  支撑剂弱化应力敏感性模式

5.1  单层均匀支撑

如图4所示，有效应力增至为0～20 MPa时，裂缝被高强度支撑剂支撑，裂缝宽度较大，且基本不随有效应力变化，支撑剂与支撑剂之间形成渗流通道，此阶段具有稳定的裂缝导流能力。

有效应力增至为20～50 MPa时，支撑剂的嵌入与破碎使得支撑剂与支撑剂之间的渗流通道受挤压、堆积，裂缝的渗透率转而受支撑剂渗透性的影响[7-10]，渗透率出现急速下降。传统的单层均匀支撑方式一定程度上缓解了随着有效应力增加裂缝闭合的可能性，但裂缝内支撑剂浓度过高，裂缝网过于复杂，支撑剂堆积和脱出都会造成导流能力降低。

5.2  Hiway支撑

如图5所示，有效应力增至为0～20 MPa时，裂缝被高强度支撑剂支撑，裂缝宽度较大，基本不随有效应力变化，支撑剂“支柱”之间形成高导流能力的通道，此阶段具有超高的裂缝导流能力;有效应力增至为20～50 MPa时，支撑剂虽出现一定程度的嵌入、破碎，但是气体不通过支撑剂渗流，而是经由高速导流通道进入井筒，裂缝渗透率仍有较高保留。

6  结 论

页岩储层的应力敏感性由弱到强依次为Hiway支撑裂缝干样、单层均匀支撑裂缝岩样、无支撑裂缝岩样。高强度支撑剂代替裂缝壁面微凸体，起到支撑裂缝的作用，弱化了储层的应力敏感性;Hiway支撑效果优于单层均匀支撑，Hiway支撑方式下，支撑剂“支柱”之间形成高导流能力的通道，弱化了储层的应力敏感性。

参考文献：

[1]黄宇飞.页岩储层可压性分析研究[J]. 辽宁化工，2021，50 （2）：262-264.

[2]游利军，王巧智，康毅力.压裂液浸润对页岩储层应力敏感性的影响[J]. 油气地质与采收率，2014，21 （06）：102-106.

[3]康毅力，林冲，游利军.油基钻井完井液侵入对页岩储层应力敏感性的影响[J]. 天然气工业，2015，35 （06）：64-69.

[4]温庆志，翟恒立，罗鸣良. 页岩气藏压裂支撑剂沉降及运移规律实验研究[J]. 油气地质与采收率，2012，19（6）：104-108.

[5]曹冰，任岚，郭仕生. 非规则支撑剂团簇对裂缝导流能力的影响实验评价[J]. 大庆石油地质与开发，2020，39（5）：58-64.于正昊，徐加祥，付颖.闭合压力作用下支撑剂过顶替对裂缝缝宽的影响[J].大庆石油地质与开发，2021，1-8.

[6]曾军胜，戴城， 方思冬，李恒等. 支撑剂在交叉裂缝中运移规律的数值模拟[J]. 断块油气田，2021，28 （05）：691-695.

[7]赵鸿楠，欧阳传湘，李鑫羽，曾羽佳等. 支撑剂在人工裂缝储层中的应用研究[J]. 能源与环保，2021，43 （09）：128-133.

[8]李进，屈兴华，梁浜. 低密度高强度树脂涂层压裂支撑剂的制备[J]. 辽宁化工，2021，50 （09）：1341-1343.

[9]赵传峰，曹博文，肖月. 支撑剂铺置模式及其对水力裂缝导流能力的影响规律[J]. 科学技术与工程，2021，21 （19）：7997-8004.

[10]成巧耘，李波波，李建华. 支撑剂嵌入作用下煤岩裂隙压缩性及渗流特性[J]. 中国安全科学学报，2021，31 （10）：105-111.

Effect of proppant support on stress sensitivity of shale reservoir

WANG Qiao-zhi，

（CNOOC EnerTech-Drilling & Production Co .，Tianjin， 300450，China）

Abstract：  Fracturing is the key measure for stimulation and reconstruction of shale gas reservoir. As an important material for fracturing and stimulation， proppant is continuously pumped， which complicates the stress sensitivity of reservoir and affects the effect of fracturing construction. The outcrop shale samples of Longmaxi formation of Silurian system in Sichuan are selected to carry out the stress sensitivity experiment under the action of proppant， and the stress sensitivity differences of fractured shale samples with and without support， single-layer uniform support and hiway support are compared. The results show that the damage degree from weak to strong is hiway supported fracture dry sample， single-layer uniformly supported fracture rock sample and unsupported fracture rock sample. The analysis shows that the high-strength proppant replaces the micro convex body on the fracture wall to support the fracture and weaken the stress sensitivity of the reservoir; The hiway support effect is better than single-layer uniform support， because under the hiway support mode， a channel with infinite conductivity is formed between the proppant "pillars"， weakening the stress sensitivity of the reservoir.

Key words： Shale;  Stress sensitivity;  Proppant support;  Fracture