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页岩气开采过程中,只有通过水力压裂形成有效的裂缝网络才能获得较高的产量。页岩储层的可压裂性评价对于储层压裂改造、压裂井段优选、可采储量预测等具有重要意义。本文针对页岩气开采对体积压裂形成复杂缝网的要求,在现有可压裂性评价方法的基础上,从非奇异理论和非局部强度的角度出发,借鉴断裂力学理论,认为裂缝扩展不取决于裂缝尖端的奇异应力或最大应力,而是取决于尖端一定邻域范围内可容纳的微裂纹容量,提出“裂纹敏感度”和“裂纹容限”两个新的评价指标,从体积压裂难易角度评价岩石的可压裂性,以此重建岩石损伤断裂扩展判据和准则。 给出“裂纹敏感度”和“裂纹容限”的定义式,推荐两种简便易行且对比鲜明的力学试验测试方法:巴西圆盘法(BD)和双人字形切槽巴西圆盘法(CCNBD),并给出针对这两个试验方法的具体计算公式。 利用两种推荐的试验方法,对二十余种岩石样品进行试验分析,建立两个新指标与各参数间的相关关系如下: (1)通过X射线衍射全岩分析和薄片鉴定,分析矿物成分及微观结构对其产生的影响:发现样品石英含量越高,方解石含量越高,白云石含量越低,裂纹敏感性越小,裂纹容限越大;试件完整性越好,样品矿物颗粒越小,越均一致密,裂纹敏感度越强,裂纹容限越小;样品结构越松散,裂纹敏感性越差,裂纹容限越大;且结构比矿物含量对裂纹敏感度和裂纹容限的影响更大。 (2)通过对层状结构岩石样品的研究,分析各向异性对其产生的影响:发现虽然加载方式和破裂形式不同,甚至强度也有所差别,但裂纹的敏感性和裂纹容限均变化不大,认为它们是岩石特有的属性,不因受力方式的变化而改变。 (3)通过高低温试验,分析两指标与温度的相关关系:发现低温实验时,在0℃到-5℃的范围内,由于试件内部所含水分处于结冰过程中,导致结构松散,裂纹敏感度降低,裂纹容限升高;随着温度继续降低到-25℃,结冰过程结束,材料又变得更加致密,所以随着温度继续降低,裂纹敏感度升高,裂纹容限减小。高温试验时,随着温度的升高,矿物颗粒的受热膨胀造成岩石样品中原生裂隙逐渐闭合,试件变得更加致密,裂纹敏感度变大,裂纹容限减小;达到125℃之后,随着温度进一步升高,矿物颗粒间和颗粒内部的应力促使微小裂纹产生,或使原生微小裂纹扩展和加宽,裂纹敏感度减小,裂纹容限增大。 (4)采用权重分析法综合多种参数计算岩石可压裂系数评价其可压裂性,与利用裂纹容限评价岩石可压裂性的结果进行验证,两者一致性较好,说明采用本文提出的裂纹容限来评价岩石可压裂性是切实可行的。