致密砂岩裂缝网络复杂性及其影响因素研究

作     者：刘圣鑫 付汇琪 冯兴强 韩晓祥 王炳乾 LIU Shengxin;FU Huiqi;FENG Xingqiang;HAN Xiaoxiang;WANG Bingqian

作者机构：中国地质科学院地质力学研究所北京100081 中国地质调查局油气地质力学重点实验室北京100081 吉林省地质矿产局二所吉林吉林132001 中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083 

出 版 物：《地质力学学报》 (Journal of Geomechanics)

年 卷 期：2024年第30卷第4期

页      面：563-578页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：中国地质调查局地质调查项目(DD20243449) 国家自然科学基金项目(42277167) 

主　　题：致密砂岩 裂缝网络 分形维数 多重分形谱 岩石力学 

摘      要：裂缝网络分析在油气藏勘探开发过程中发挥着着重要作用,致密砂岩裂缝网络复杂性分析对水力压裂优化、裂缝网络预测、裂缝建模等具有重要意义。文章结合致密砂岩复杂的裂缝网络动态演化的实验研究,明确了裂缝网络的分形和多重分形谱特征,深入分析了裂缝网络的复杂性及其主控因素。通过岩石力学和X射线CT扫描实验确定了岩石力学和裂缝网络特征;通过扫描电镜实验、裂缝网络的分形分析定量化表征了致密砂岩微观组构和裂缝网络的分形特征。研究结果表明:致密砂岩的石英含量为28.08~52.88%,黏土含量为11.54~25.45%,粒度为61.18~184.55μm,孔隙度为8.125%~10.296%;单轴抗压强度介于69.09~188.33 MPa,弹性模量介于31.69~92.76 GPa;分形维数(DB)为1.28~2.35,谱宽(Δα)平均值为1.0851~1.3638。裂缝的萌生、扩展贯穿于应力–应变的全过程,裂缝网络的复杂性主要受控于致密砂岩的微观组构特征,并且具有明显的围压和尺度效应。三维裂缝网络的分形维数、多重分形谱的谱宽平均值可分别表征裂缝空间分布的复杂性和非均质性,两者之间具有相对的独立性。砂岩中石英、长石等脆性矿物含量越高、储层孔隙度越大、砂岩组成粒度越小裂缝网络分形维数越大,谱宽平均值越小;无围压情况下,样品裂缝网络的复杂性主要受控于微观组构特征,且随着轴向压力的增加而增加;存在围压的情况下,围压起主导作用,围压越大分形维数越小,谱宽平均值越大。而黏土矿物不利于复杂裂缝的形成;小尺度样品的分形维数和谱宽平均值大于尺度大样品的分形维数和谱宽平均值。砂岩的弹性模量和抗压强度与分形维数和谱宽平均值具有一定的正相关性。