【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】我國(guó)頁(yè)巖氣及頁(yè)巖油的技術(shù)可采資源量分居全球第一位和第三位。我國(guó)頁(yè)巖油氣資源具有埋藏深、物性差、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、成熟度偏低、開采難度高等顯著特征。如何實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖油氣的高效開發(fā)已成為我國(guó)力學(xué)、地質(zhì)等學(xué)科亟待解決的問(wèn)題。
 

　　由于深部頁(yè)巖處于力、化、熱、流等多場(chǎng)耦合的復(fù)雜環(huán)境，其原位力學(xué)屬性評(píng)估的準(zhǔn)確程度將直接決定壓裂效果的優(yōu)劣，亦由此引出如含初場(chǎng)彈性力學(xué)問(wèn)題解等一系列跨尺度科學(xué)問(wèn)題。然而，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試技術(shù)尚不能精確獲取原位狀態(tài)下的真實(shí)儲(chǔ)層參數(shù)，如何實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖儲(chǔ)層原位脆性的精確評(píng)估是公認(rèn)的工程科學(xué)難題。
 

　　近日，中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所趙亞溥團(tuán)隊(duì)在其前期一系列研究構(gòu)筑的“Mechano-energetics”(力能學(xué))理論框架下，提出了直接依托于現(xiàn)場(chǎng)壓裂施工曲線的儲(chǔ)層原位脆性評(píng)估方法。該方法通過(guò)剖析施工曲線這一油氣開發(fā)中的儲(chǔ)層“心電圖”數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了在工程現(xiàn)場(chǎng)對(duì)儲(chǔ)層原位性質(zhì)的精確“原位診脈”。
 

　　研究團(tuán)隊(duì)考慮工程現(xiàn)場(chǎng)的“套管壓力”、“油管壓力”、“加砂”與“泵注排量”四條壓裂施工曲線，對(duì)加砂前壓裂過(guò)程開展深入剖析，提取得到儲(chǔ)層原位脆性指數(shù)。同時(shí)，依托該團(tuán)隊(duì)此前用于地質(zhì)材料評(píng)估的“Ashby圖”研究范式(Materials 2020, 13, 2517)，對(duì)儲(chǔ)層脆性進(jìn)行了橫向系統(tǒng)評(píng)估，由此構(gòu)建起一整套數(shù)據(jù)分析與儲(chǔ)層評(píng)估方法(圖1)。此外，該團(tuán)隊(duì)還將開發(fā)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)微地震數(shù)據(jù)與壓裂施工曲線相結(jié)合，提出了可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)層斷裂特征的分析方案。研究表明，由于深部頁(yè)巖儲(chǔ)層處于三軸應(yīng)力、高溫高壓的極端環(huán)境中，其原位斷裂韌性為實(shí)驗(yàn)室測(cè)量值的2~3倍，進(jìn)而導(dǎo)致其原位脆性遠(yuǎn)低于實(shí)驗(yàn)室測(cè)量值；現(xiàn)場(chǎng)施工曲線的壓強(qiáng)標(biāo)度率范圍(-1/2~-1/6)寬于現(xiàn)有理論預(yù)測(cè)值(-1/3~-1/5)，且有78%的儲(chǔ)層微地震事件可由施工曲線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)(圖2)。該研究可為我國(guó)深部頁(yè)巖難以形成復(fù)雜水力裂紋網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)象提供關(guān)鍵性理論解釋，并為壓裂方案的精確制定和實(shí)時(shí)優(yōu)化提供指導(dǎo)。
 

　　相關(guān)研究以Fluctuation of fracturing curves indicates in-situ brittleness and reservoir fracturing characteristics in unconventional energy exploitation為題發(fā)表于Energy。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。
 

圖1 為頁(yè)巖油氣儲(chǔ)層“原位診脈”的技術(shù)路線
 

圖2 基于壓裂施工曲線波動(dòng)性實(shí)時(shí)剖析頁(yè)巖水力致裂特征