变速率剪切滑移过程中页岩裂缝稳定性-渗透率演化规律

作     者：贾云中 陆朝晖 汤积仁 李大华 贺培 JIA Yunzhong;LU Zhaohui;TANG Jiren;LI Dahua;HE Pei

作者机构：重庆地质矿产研究院自然资源部页岩气资源勘查重点实验室重庆401120 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2021年第46卷第9期

页      面：2923-2932页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：重庆市科技创新领军人才支持计划资助项目(CSTCCXLJRC201712) 自然资源部页岩气资源勘查重点实验室开放课题资助项目(KLSGE-MLR-201902) 重庆市自然科学基金资助项目(cstc2018jcyjAX0542) 

主　　题：剪切滑移 页岩裂缝 稳定性 渗透率 剪切强度 

摘      要：页岩气资源开采的过程中,水力压裂技术常作为增产的基本手段。但是,大量流体注入地层后可能影响储层岩石的整体性、稳定性和渗透特性。同时,裂缝的渗透率是决定储层产量的关键条件。因此,选取了中国川东南龙马溪组页岩、美国Green River页岩和Marcellus页岩,通过进行变滑移速率的页岩裂缝剪切滑移实验,同时测量了页岩裂缝滑移过程中的摩擦因数和渗透率变化,基于速率状态定律评估了3种页岩裂缝的剪切滑移稳定性,分析研究了岩裂缝稳定性-渗透率演化规律。在实验结果观察的基础上,通过建立页岩裂缝滑移过程中的微观物理模型,讨论了页岩矿物组分对剪切裂缝剪切强度、稳定性和渗透率演化的微观控制机制。研究结果表明:页岩裂缝面的摩擦强度随网状硅酸盐质量分数的增加而增大,随层状硅酸盐质量分数的增加而减小;页岩裂缝剪切滑移稳定性参数(a-b)值随层状硅酸盐质量分数增加而增大,倾向于发生稳定性蠕变滑移,网状硅酸盐质量分数的增加使(a-b)值减小,更易产生非稳定性地震滑移;在含有高网状硅酸盐质量分数的裂缝中,滑移速率突然增加导致的剪胀作用导致裂缝渗透率的增大,并且伴随着非稳定性地震滑移;高层状硅酸盐裂缝滑移速率突然增大时,裂缝面的加速破坏导致裂缝渗透率进一步降低,同时伴随着稳定的蠕变滑移。研究结果对于控制水力压裂诱发页岩地层非稳定滑移提供借鉴。