支撐劑支撐對頁巖儲層應力敏感性的影響

王巧智

支撐劑支撐對頁巖儲層應力敏感性的影響

王巧智

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452）

壓裂是頁巖氣藏增產改造的關鍵措施，支撐劑作為壓裂增產的重要物料，其不斷地泵入使得儲層應力敏感性復雜化，影響壓裂施工效果。選取四川志留系龍馬溪組露頭頁巖巖樣，開展支撐劑作用下的應力敏感性實驗，并對比了有支撐與無支撐、單層均勻支撐與Hiway支撐的裂縫頁巖巖樣的應力敏感性差異。結果表明，損害程度由弱到強依次為Hiway支撐裂縫干樣、單層均勻支撐裂縫巖樣、無支撐裂縫巖樣。分析認為，高強度支撐劑代替裂縫壁面微凸體，起到支撐裂縫的作用，弱化了儲層的應力敏感性；Hiway支撐效果優于單層均勻支撐，原因在于Hiway支撐方式下，支撐劑“支柱”之間形成高導流能力的通道，弱化了儲層的應力敏感性。

頁巖； 應力敏感； 支撐劑； 裂縫

頁巖氣藏儲層雖天然微裂縫發育，但仍需壓裂獲取人工裂縫網絡才能獲得工業氣流[1]。人工裂縫網絡改善了頁巖儲層的滲流條件，又增加了應力敏感損害的損害機會。此外，壓裂過程中，為保證裂縫不因應力釋放而閉合，大量的支撐劑由壓裂液帶入并滯留在裂縫中[2-4]。支撐劑的泵入可使裂縫保持高導流能力，但隨著開發過程中儲層有效應力的變化，泵入儲層的支撐劑使得儲層應力敏感性復雜化。已有學者探討了壓裂液的浸潤作用、鉆完井液的堿侵蝕作用對頁巖應力敏感性的影響[5-6]，而對支撐劑對頁巖儲層應力敏感性的影響研究甚少。

為明確支撐劑對頁巖儲層應力敏感性的影響程度及作用機理，本文以四川志留系龍馬溪組露頭頁巖巖樣為研究對象，開展支撐劑作用下的應力敏感性實驗，結合無因次滲透率、掃描電鏡實驗結果，對比分析了有支撐與無支撐、單層均勻支撐與Hiway支撐的裂縫頁巖巖樣的應力敏感性差異。

1 實驗材料

鉆取四川盆地龍馬溪組露頭頁巖，并進行人工造縫處理，開展6組應力敏感性實驗，其中無支撐裂縫巖樣、單層均勻支撐裂縫巖樣、Hiway支撐裂縫巖樣各兩組，巖樣處理方式見表1和圖1。支撐劑取自長寧某井陶粒支撐劑（60～100目（250～150μm））。

2 實驗方法

將巖樣放入巖心夾持器，按順序依次測量有效應力點3、5、7、10、20、30、40、50 MPa對應的滲透率。使用應力敏感性系數法評價應力敏感性，評價標準如表2所示。

表1 頁巖應力敏感性巖樣支撐劑處理方式

圖1 實驗樣品處理方式

表2 應力敏感系數與敏感程度的關系

3 實驗結果

如圖2所示，無支撐裂縫巖樣的滲透率降低主要發生在有效應力小于20 MPa以內，滲透率對有效應力比較敏感，降低顯著。隨著有效應力繼續增加，巖樣滲透率下降幅度變緩，無支撐裂縫巖樣為中等偏強；單層均勻支撐及Hiway支撐巖樣的滲透率在有效應力小于20 MPa時降幅較小，有效應力大于20 MPa時滲透率降幅較明顯，但其滲透率始終大于無支撐裂縫巖樣的滲透率。無因次滲透率保持率由大到小依次為Hiway支撐>單層均勻支撐＞無支撐，應力敏感系數由小到大依次為Hiway支撐＜單層均勻支撐＜無支撐。支撐裂縫巖樣的無因次滲透率保持率高、應力敏感系數小，支撐劑弱化了頁巖的應力敏感性，其中Hiway支撐方式的優勢更為顯著。

表3 不同支撐方式下的應力敏感性評價結果

圖2 不同支撐方式下裂縫巖樣的無因次滲透率隨有效應力變化

4 結果討論

有效應力從0 MPa增至20 MPa過程中，無支撐裂縫巖樣裂縫面微凸體易產生形變，裂縫兩面嚙合程度增加，裂縫空間減小，其滲透率保持率迅速下降，使裂縫趨于閉合，滲透率降低；支撐裂縫巖樣，高強度支撐劑代替裂縫壁面微凸體，起到支撐裂縫的作用，使得巖樣的滲透率下降不明顯。

有效應力從20 MPa增至50 MPa過程中，無支撐裂縫巖樣裂縫兩表面微凸體形成的接觸點數量增多，支撐作用增強，裂縫寬度不再發生明顯變化，但由于微凸體本身的彈塑性變形，裂縫寬度仍有一定程度的降低，隨著有效應力的進一步增加，兩縫面之間的凹凸體充分接觸，裂縫寬度逐漸穩定；而支撐裂縫巖樣中支撐劑嵌入破碎致使支撐裂縫巖樣滲透率減?。ㄈ鐖D3所示），加載后期巖樣的滲透率趨于穩定，支撐劑支撐弱化了裂縫巖樣的應力敏感性。

圖3 支撐裂縫巖樣中支撐劑的破碎與嵌入

5 支撐劑弱化應力敏感性模式

5.1 單層均勻支撐

如圖4所示，有效應力增至為0～20 MPa時，裂縫被高強度支撐劑支撐，裂縫寬度較大，且基本不隨有效應力變化，支撐劑與支撐劑之間形成滲流通道，此階段具有穩定的裂縫導流能力。

圖4 單層均勻支撐方式下裂縫寬度隨有效應力變化

有效應力增至為20～50 MPa時，支撐劑的嵌入與破碎使得支撐劑與支撐劑之間的滲流通道受擠壓、堆積，裂縫的滲透率轉而受支撐劑滲透性的影響[7-10]，滲透率出現急速下降。傳統的單層均勻支撐方式一定程度上緩解了隨著有效應力增加裂縫閉合的可能性，但裂縫內支撐劑濃度過高，裂縫網過于復雜，支撐劑堆積和脫出都會造成導流能力降低。

5.2 Hiway支撐

如圖5所示，有效應力增至為0～20 MPa時，裂縫被高強度支撐劑支撐，裂縫寬度較大，基本不隨有效應力變化，支撐劑“支柱”之間形成高導流能力的通道，此階段具有超高的裂縫導流能力；有效應力增至為20～50 MPa時，支撐劑雖出現一定程度的嵌入、破碎，但是氣體不通過支撐劑滲流，而是經由高速導流通道進入井筒，裂縫滲透率仍有較高保留。

圖5 Hiway支撐方式下縫寬隨有效應力變化

6 結 論

頁巖儲層的應力敏感性由弱到強依次為Hiway支撐裂縫干樣、單層均勻支撐裂縫巖樣、無支撐裂縫巖樣。高強度支撐劑代替裂縫壁面微凸體，起到支撐裂縫的作用，弱化了儲層的應力敏感性；Hiway支撐效果優于單層均勻支撐，Hiway支撐方式下，支撐劑“支柱”之間形成高導流能力的通道，弱化了儲層的應力敏感性。

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Effect of Proppant Support on the Stress Sensitivity of Shale Reservoir

（CNOOC EnerTech-Drilling & Production Co., Tianjin 300452, China）

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 were 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 were compared. The results showed that the damage degree from weak to strong was Hiway supported fracture dry sample, single-layer uniformly supported fracture rock sample and unsupported fracture rock sample. The analysis showed that the high-strength proppant replaced the micro convex body on the fracture wall to support the fracture and weaken the stress sensitivity of the reservoir. The hiway support effect was better than single-layer uniform support, because a channel with infinite conductivity was formed between the proppant "pillars" under the Hiway support mode, weakening the stress sensitivity of the reservoir.

Shale; Stress sensitivity; Proppant support; Fracture

TE258

A

1004-0935（2022）02-0266-03

中海油能源發展股份有限公司重大專項，渤海油田增儲上產配套技術與應用（項目編號：HFZXKT--GJ2020-01-06）。

王巧智（1988-），男，滿族，天津市人，工程師，碩士，2014年畢業于西南石油大學石油與天然氣工程專業，研究方向：非常規天然氣開發與儲層保護技術。