页岩气超临界CO2流体脆点压裂机理与悬浮加砂运移规律

According to the deposit mechanism of hydrocarbon accumulation of shale, the influence of rock breaking mechanics and rock fragility index to the model of chicken-wire cracking, and with the help of visual fracturing -physical simulativeand the factors of CO2 injection, such as phase angle, velocity jet, fracturewidth, the wall roughness of fracture, and the density of propping agent, this papermakes a study on the fracturing mechanism of brittle point of CO2 injection and the critical condition of fracturing and the regular pattern of expanding, and on the migration regular of air injecting the fissure and the pumping pressure and the loss of air injection's brittle point in the construction work.This paper constructsa the oretical model on the sedimentation and migration regular pattern of proppingagent of fracture to make a study on the regular pattern of whaleback accumulationin the fracture; it analyzes the influence of velocity jet, pressure, rub, and density of propping agent and grain diameter etc. to fracture conductivity and whalebackspreading in order to provide the theory basis for the technological design of stagedair injection's brittle point fracturing in horizontal wall of shale reservoir,parameter optimization in the construction and the optimization of propping agent;it summarizes the model of net structure of shale reservoir. Up to now, there is no paper about using CO2 to increase production with inject brittlepoint fracturing in the shale reservoir.

根据页岩生油机理，基于岩石破碎力学和脆性指数的性质，研究超临界CO2流体实施压裂增产对页岩形成裂缝形态的影响。项目拟考虑超临界CO2流体喷射压裂的相位角、射流速、裂缝宽度、裂缝壁面粗糙度、支撑剂浓度等因素，研究超临界CO2流体喷射脆点压裂机理和裂缝起裂临界条件与扩展规律；研究超临界CO2流体对干砂悬浮加砂在裂缝中的运移规律；研究超临界CO2流体喷射脆点压裂施工的泵压和损耗；通过建立超临界CO2流体对干砂支撑剂在裂缝中的沉降和运移规律的理论模型，研究裂缝内砂堤堆积的规律；分析超临界CO2流体喷射流速、压力、摩阻、支撑剂密度、粒径等对裂缝导流能力和砂堤铺置的影响；为页岩气水平井分段超临界CO2流体喷射脆点压裂工艺设计、工程参数优化和支撑剂优选提供理论依据；研究页岩气超临界CO2流体喷射脆点压裂网状裂缝形成模式。截止目前，文献调研尚未见页岩气超临界CO2流体喷射脆点压裂的相关研究成果报道。

中国页岩气藏的成藏环境不同于北美，既有海相脆性页岩储层，也有海陆过渡相沉积的脆～塑性砂泥质页岩储层，甚至还有广袤发育的陆源湖湘沉积的塑性泥页岩。我国这些页岩气藏多处于峻岭山区和缺水的干旱地区，如滇黔川渝、新疆准格尔盆地和内蒙鄂尔多斯盆地，美国海相珊瑚礁脆性页岩的“脆点”水力压裂增产经验，并不完全适合我国这些页岩油气的开发，需要根据国情和具体的地质特性研究“无水干法压裂增产关键技术、新材料和成套智能工程装备”。而CO2压裂增产技术中的压裂液体系、泡沫和干法压裂加砂导流能力及压裂增产机理与工程模拟技术是干法压裂增产的关键技术。.本项目根据页岩油气藏成藏机理，基于岩石的破碎力学和脆性指数性质，研究超临界CO2流体对页岩压裂增产所形成裂缝形态的影响。项目考虑超临界CO2流体喷射脆点压裂的相位角、射流速、裂缝宽度、裂缝壁面粗糙度、支撑剂浓度等因素，研究超临界CO2流体喷射脆点压裂机理和裂缝起裂临界条件与扩展规律；研究超临界CO2流体对干砂悬浮加砂在裂缝中的运移规律；研究超临界CO2流体喷射脆点压裂施工的泵压和损耗；通过建立超临界CO2流体对干砂支撑剂在裂缝中的沉降和运移规律的理论模型，研究裂缝内砂堤堆积的规律；分析超临界CO2流体喷射流速、压力、摩阻、支撑剂密度、粒径等对裂缝导流能力和砂堤铺置的影响；为页岩油气水平井分段超临界CO2流体喷射脆点压裂工艺设计、工程参数优化和支撑剂优选提供理论依据；研究页岩油气超临界CO2流体喷射脆点压裂网状裂缝形成模式。.根据立项任务书，本项目取得了自悬浮压裂液体系、自悬浮覆膜砂性能评价和清水自悬浮加砂压裂增强导流实验科研成果，基本揭示了清水自悬浮加砂压裂的增强导流增产机理。研制的“微纳孔隙储层自悬浮加砂导流机理”实验装置，基本能够模拟干法压裂增产机理、致密油气储层微纳孔隙结构的应力伤害，还能为今后页岩油气水平井干法压裂工艺设计、工程参数优化和支撑剂优选做综合模拟实验评价。