頁巖儲集層巖心水化作用實(shí)驗(yàn)

錢斌，朱炬輝，楊海，梁興，尹叢彬，石孝志，李德旗，李軍龍，方卉

（1. 中國石油川慶鉆探工程公司井下作業(yè)公司，成都 610051；2. 中國石油浙江油田公司，杭州 310013；3. 中國石油大學(xué)（北京），北京 102249）

頁巖儲集層巖心水化作用實(shí)驗(yàn)

錢斌1，朱炬輝1，楊海1，梁興2，尹叢彬1，石孝志1，李德旗2，李軍龍1，方卉3

（1. 中國石油川慶鉆探工程公司井下作業(yè)公司，成都 610051；2. 中國石油浙江油田公司，杭州 310013；3. 中國石油大學(xué)（北京），北京 102249）

采用滇黔北昭通地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組主力頁巖產(chǎn)層巖心，利用核磁共振和CT掃描技術(shù)，在圍壓10 MPa條件下開展巖心水化實(shí)驗(yàn)，研究水化作用對頁巖儲集層巖心孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明：頁巖巖心水化作用不但抵消了由應(yīng)力敏感引起的滲透率降低，且由于孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)擴(kuò)張、新微細(xì)裂縫的產(chǎn)生以及縫間交會，增加了巖心裂縫復(fù)雜程度、孔隙-裂縫體積及其連通性，提升了巖心滲透率；水化損傷主要沿層理或原始裂縫發(fā)育方向延伸；水化作用對孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)較為發(fā)育的巖心影響最顯著，而對孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)發(fā)育程度很高的巖心影響相對較小，對純孔隙型巖心影響最?。豁搸r巖心水化作用強(qiáng)度受孔隙-裂縫發(fā)育程度、黏土礦物含量、脆性指數(shù)共同影響。建議根據(jù)頁巖儲集層物性特征，在改造過程中通過設(shè)計(jì)泵注模式、關(guān)井或小油嘴控排等措施優(yōu)化返排制度，提升改造裂縫復(fù)雜程度及其連通性，增強(qiáng)儲集層體積改造效果。圖13表1參17

頁巖儲集層；增產(chǎn)改造；返排制度；水化作用；核磁共振；CT掃描；孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)

0 引言

大規(guī)?；锼毫咽琼搸r儲集層增產(chǎn)改造的關(guān)鍵技術(shù)[1-2]。壓裂液返排率低是頁巖儲集層壓裂的重要特征，大量殘余滑溜水在儲集層中的存在形式及作用方式尚未得到充分認(rèn)識。大量理論及實(shí)驗(yàn)研究主要集中于水力裂縫的形成與擴(kuò)展，關(guān)于原有孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)對頁巖儲集層增產(chǎn)改造效果及產(chǎn)氣能力的影響的認(rèn)識尚不完善。頁巖龐大的孔隙-裂縫系統(tǒng)在毛細(xì)管力和滲透壓力作用下具有極強(qiáng)的吸水能力，外來液體將被自動(dòng)吸入頁巖儲集層并與黏土等礦物發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，即巖石水化作用。國內(nèi)外學(xué)者主要研究常壓下頁巖露頭吸水后強(qiáng)度參數(shù)的變化[3-7]，對頁巖儲集層鉆井具有一定的指導(dǎo)意義，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果不足以代表地層應(yīng)力條件下頁巖儲集層的水化作用，且較少關(guān)注水化作用在頁巖儲集層增產(chǎn)改造方面的應(yīng)用及其意義。

本文通過頁巖儲集層巖心在 10 MPa圍壓條件下的自發(fā)水化作用實(shí)驗(yàn)，探索未返排壓裂液在儲集層中的作用方式，為制定頁巖儲集層壓后返排制度、優(yōu)化壓裂方案及設(shè)計(jì)鉆井液體系提供理論支撐。

1 實(shí)驗(yàn)介紹

頁巖儲集層孔隙-裂縫系統(tǒng)復(fù)雜，毛細(xì)管力較大，是巖心自發(fā)水化作用的主要?jiǎng)恿χ弧１緦?shí)驗(yàn)在判別巖心孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)發(fā)育程度的基礎(chǔ)上，研究自發(fā)水化作用對原生孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)的影響及其敏感性。

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

圖1 圍壓條件下頁巖水化作用實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

采用自主研制的水化作用實(shí)驗(yàn)裝置（見圖1），巖心夾持器可對巖心施加圍壓，夾持器完全浸沒在液體中，液體從夾持器兩端進(jìn)入巖心。采用核磁共振成像儀和 CT掃描儀進(jìn)行孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)評價(jià)，核磁共振頻率12.798 MHz，磁體強(qiáng)度0.3 T，CT掃描儀最高分辨率為 0.5 μm。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

由于核磁共振和CT掃描原理不同，巖心內(nèi)部損傷檢測尺度可能存在差異。本文將巖心分為A、B兩組，分別使用核磁共振成像儀和CT掃描儀檢測，通過不同的檢測方法綜合分析頁巖儲集層巖心水化作用。

將巖心裝入夾持器，施加10 MPa圍壓后整體放入盛滿去離子水的容器中。在毛細(xì)管力作用下巖心兩端自動(dòng)吸水。對不同實(shí)驗(yàn)時(shí)間的試樣進(jìn)行核磁共振測試，得到T2（橫向弛豫時(shí)間）譜圖。T2譜分布能反映巖心孔隙結(jié)構(gòu)，較大的T2值對應(yīng)較大孔徑孔隙類型，但是無法準(zhǔn)確區(qū)分孔隙與裂縫。因此采用“較小孔徑孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)”和“較大孔徑孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)”描述巖心結(jié)構(gòu)。

CT掃描的原理是 X射線與物質(zhì)相互作用并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柡蟮玫綆r心內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)[8]。由于實(shí)驗(yàn)樣品尺寸較大，實(shí)際掃描精度為 30 μm。實(shí)驗(yàn)前將巖心在105 ℃條件下烘干 48 h，掃描得到巖心初始狀態(tài) CT數(shù)據(jù)。水化作用21 h后取出巖心，在相同條件下烘干后進(jìn)行第2次掃描，對比分析兩次CT數(shù)據(jù)。

1.3 巖心準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)巖心取自滇黔北昭通國家級頁巖氣示范區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組埋深2 300 m的優(yōu)質(zhì)頁巖儲集層。巖心直徑25 mm，長度50 mm，基本物性參數(shù)如表1所示。

表1 巖心基本物性及孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)發(fā)育程度

頁巖成巖過程中，石英、方解石等脆性礦物含量越高，有效孔隙、微裂縫數(shù)量越多，因此礦物學(xué)脆性指數(shù)在一定程度上可反映頁巖孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)發(fā)育程度或再發(fā)展?jié)摿9-10]。利用穩(wěn)態(tài)法得到的巖心氣測滲透率表征了在一定壓差下流體的通過能力，在一定程度上表征了巖心孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)發(fā)育程度。然而，如果某條裂縫尺度較大，測得的巖心滲透率較高，但整個(gè)裂縫網(wǎng)絡(luò)卻并不復(fù)雜，僅依據(jù)氣測滲透率就可能會誤判該巖心的孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)發(fā)育程度。為了避免這一現(xiàn)象，本文綜合考慮氣測滲透率、孔隙度及礦物學(xué)脆性指數(shù)，采用三者乘積來表征孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)發(fā)育程度以及巖心流體通過性的提升潛力，根據(jù)三者乘積值的數(shù)量級將其分為差、中、好3個(gè)層次（見表1）。

利用核磁共振技術(shù)及 CT掃描技術(shù)進(jìn)一步定量判別巖心孔隙-裂縫空間發(fā)育特征。由圖2可知，A組巖心中3#巖心孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)最發(fā)育，2#巖心發(fā)育較好，1#巖心發(fā)育最差，與根據(jù)氣測滲透率、孔隙度及脆性指數(shù)三者乘積判別的孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)發(fā)育程度吻合。由圖3可知，B組4#巖心未見發(fā)育裂縫結(jié)構(gòu)，5#巖心孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)較發(fā)育，6#巖心孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)最發(fā)育，孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)體積分?jǐn)?shù)分別為 0.005 2%、1.250 0%和3.700 0%。

圖2 A組巖心初始狀態(tài)核磁共振T2譜

圖3 B組巖心初始狀態(tài)孔隙-裂縫三維結(jié)構(gòu)

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 核磁共振T2譜

2.1.1 T2譜形態(tài)

核磁共振 T2譜形態(tài)表征巖心孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)分布狀態(tài)，橫向馳豫時(shí)間越大，孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)尺度越大。

圖4 1#巖心自發(fā)水化過程核磁共振T2譜

由圖 4可知，1#巖心水化過程中，左峰振幅呈明顯增大趨勢且左峰右側(cè)逐漸向右移動(dòng)，說明在毛細(xì)管力作用下液體不斷進(jìn)入1#巖心，促使較小孔徑孔隙-裂縫擴(kuò)展。右峰右側(cè)整體有向右移動(dòng)趨勢，即原本較大孔徑孔隙-裂縫的等效孔徑增加或產(chǎn)生了新的較大孔徑孔隙-裂縫，但從振幅絕對值和變化幅度來看，1#巖心孔隙-裂縫尺度小于 2#巖心孔隙-裂縫尺度（見圖 5）。1#巖心左、右兩峰的連續(xù)性逐漸降低，最后左、右兩峰出現(xiàn)分離，說明兩峰所代表的兩種尺度孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)之間連通性變差。

圖5 2#巖心自發(fā)水化過程核磁共振T2譜

由圖5、圖6可知，2#、3#巖心水化過程中右峰最終橫向馳豫時(shí)間分布范圍小于初始橫向馳豫時(shí)間分布范圍，右峰右側(cè)明顯左移，說明在圍壓10 MPa條件下部分較大孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)孔徑減小甚至閉合，表現(xiàn)出明顯的應(yīng)力敏感性。30～420 min時(shí)，T2譜右峰幾乎不變，可能與有效應(yīng)力時(shí)效性有關(guān)，即有效應(yīng)力作用時(shí)間越短，應(yīng)力敏感性越弱。3個(gè)巖心中，3#巖心原有較小孔徑孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)最發(fā)育且不同尺度孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)之間連通性最好，應(yīng)力敏感性最強(qiáng)，因而T2譜右峰向左移動(dòng)最明顯。對于2#和3#巖心，每次檢測過程中均觀察到有液體從巖心中滲出表面，導(dǎo)致巖心內(nèi)可動(dòng)液體流失，因此利用核磁共振T2譜難以準(zhǔn)確描述孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)發(fā)育程度很高的巖心。

圖6 3#巖心自發(fā)水化過程核磁共振T2譜

2.1.2 T2譜面積

核磁共振 T2譜峰積分面積與不同尺度孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)中含液量成正比，其值近似等于巖心有效孔隙度。因此，分析巖心水化過程T2譜峰積分面積可在一定程度上表征巖心整體孔隙-裂縫體積的變化過程。

A組巖心T2譜第2峰面積隨水化時(shí)間延長略有減?。ㄒ妶D7），說明水化過程中較大孔徑孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)中的液體逐漸減少。原因有兩方面：一方面，由于巖心具有較強(qiáng)的應(yīng)力敏感性，多次施加圍壓后導(dǎo)致部分大孔徑孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)中液體被擠出，使得核磁共振能夠檢測的信號變?nèi)酰涣硪环矫?，由于頁巖T2cutoff（可動(dòng)流體和束縛流體的T2分界值）大于10 ms所對應(yīng)的流體為可動(dòng)流體[11-12]，若有裂縫連通巖石表面則該部分流體可能會滲出巖心。

2#巖心T2譜全峰面積呈現(xiàn)明顯上升趨勢，但3#巖心T2譜全峰面積略有下降（見圖7）。這是因?yàn)?#巖心孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)較發(fā)育且不同尺度孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)間具有較好的連通性，較小孔隙-裂縫中的可動(dòng)流體更容易經(jīng)較大孔隙-裂縫滲出巖心表面，從而降低核磁共振對較大孔徑孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)的判斷精度。

圖7 A組巖心T2譜峰面積

A組巖心在水化作用下出現(xiàn)了不同程度的損傷（見圖8），水化裂縫主要沿巖心層理或原有裂縫發(fā)育方向擴(kuò)展延伸。

圖8 A組水化實(shí)驗(yàn)巖心端面照片

2.2 巖心CT掃描

CT掃描未識別到 4#巖心發(fā)育大孔徑孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)，巖心較為致密。水化作用前后4#巖心孔隙結(jié)構(gòu)未見顯著變化，孔隙體積分?jǐn)?shù)從0.005 2%增至0.006 9%，平均等效孔徑從550 μm增至596 μm，受水化作用影響較小。

5#巖心孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)較發(fā)育且有多條裂縫貫穿巖心。巖心內(nèi)的黏土礦物顆粒吸水后將產(chǎn)生表面水化拉應(yīng)力，使裂縫或孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生膨脹并增加裂縫尖端應(yīng)力[13]，還會使裂縫擴(kuò)展產(chǎn)生新的微裂紋。微裂紋數(shù)量越多越容易發(fā)生交會，降低巖心強(qiáng)度，最終導(dǎo)致巖心宏觀破壞[4-5]。實(shí)驗(yàn)中5#巖心兩條裂縫發(fā)生交會導(dǎo)致巖心斷裂。此外，5#巖心大孔徑孔隙分布密集的地方演化為裂縫，部分孔隙經(jīng)過水化作用后發(fā)生擴(kuò)張延伸并溝通其他孔隙-裂縫形成新縫（見圖9），同時(shí)部分原生裂縫縫寬增加并出現(xiàn)分支裂縫（見圖 10、圖 11）。水化后，5#巖心孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)體積分?jǐn)?shù)從 1.25%上升至2.06%，提高了65%。

圖9 5#、6#巖心水化作用前后孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)三維圖

圖10 5#巖心水化實(shí)驗(yàn)前后切片圖（縫寬增加）

圖11 5#巖心水化實(shí)驗(yàn)前后切片圖（縫寬增加伴隨分支縫）

6#巖心多條裂縫在水化作用下發(fā)生延伸并連通形成更加復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)伴隨出現(xiàn)多條新縫，裂縫體積明顯增加（見圖9、圖12、圖13），但部分原本連通的裂縫由于應(yīng)力敏感發(fā)生局部閉合導(dǎo)致局部連通性降低。水化后，6#巖心孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)體積分?jǐn)?shù)從3.7%上升至5.2%，提高了40.5%。

圖12 6#巖心水化實(shí)驗(yàn)前后切片圖（裂縫延伸及貫通）

2.3 水化作用對巖心流體通過能力的影響

圖13 6#巖心水化作用前后連通裂縫三維圖

A組巖心中，天然裂縫發(fā)育最差的1#巖心經(jīng)過水化作用 21 h 后滲透率從 0.002 1×10-3μm2變?yōu)?0.002 5×10-3μm2，天然裂縫發(fā)育最好的 3#巖心滲透率從10.02×10-3μm2變?yōu)?11.68×10-3μm2，而 2#巖心滲透率則從 0.96×10-3μm2上升至 3.97×10-3μm2。1#、3#巖心滲透率僅提高了近 20%，而2#巖心滲透率提高了314%。這是因?yàn)?，孔?裂縫結(jié)構(gòu)發(fā)育最差的1#巖心最致密，不具備發(fā)展為復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)的潛力，受水化作用影響很小；2#巖心原生孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)相對發(fā)育，雖然其尺度和規(guī)模小于 3#巖心，但其脆性指數(shù)較高，具有較強(qiáng)的再損傷潛力，受水化作用影響程度較大；3#巖心由于孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)已經(jīng)非常發(fā)育，水化作用對孔隙-裂縫網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度的提升能力有限。

B組巖心孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)在水化作用下發(fā)生擴(kuò)張并沿層理方向或原有裂縫發(fā)育方向延伸，但應(yīng)力敏感會使部分原有裂縫局部縫寬變小甚至發(fā)生閉合。水化實(shí)驗(yàn)后，4#、5#、6#巖心內(nèi)部整體孔隙-裂縫體積分別增加了33%、65%和41%，滲透率分別增加了94%、1 442%和120%。這說明頁巖儲集層巖心水化作用不但抵消了應(yīng)力敏感導(dǎo)致的孔隙-裂縫體積減小和滲透率降低，而且增加了巖心中孔隙、裂縫間的連通性和復(fù)雜程度，為頁巖巖心滲透率的增加做出了重要貢獻(xiàn)。5#巖心滲透率增加幅度非常大，這是由于 5#巖心原本發(fā)育有多條延伸至巖心表面的裂縫，水化過程中兩條裂縫發(fā)生貫通使巖心沿該裂縫斷裂，導(dǎo)致 5#巖心水化作用后滲透率測試值偏大。

頁巖中較大孔徑孔隙-裂縫系統(tǒng)導(dǎo)致頁巖在較低有效應(yīng)力條件下仍具有較強(qiáng)的應(yīng)力敏感性，且在卸壓后損失的滲透率不能完全恢復(fù)[14]。對于裂縫性巖心而言，巖石的應(yīng)力敏感程度隨有效應(yīng)力作用時(shí)間的增加而加強(qiáng)，且裂縫粗糙程度、迂曲度、填充礦物類型及泥質(zhì)含量決定了頁巖應(yīng)力敏感程度[15-16]。本文實(shí)驗(yàn)中，水化作用不但抵消了應(yīng)力敏感引起的縫寬減小導(dǎo)致的巖心滲透率降低，而且增加了流體滲流通道，提高了巖心滲透率，說明10 MPa圍壓條件下頁巖巖心水化作用能促使不同尺度孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)擴(kuò)張、延伸，使得巖心有效孔隙-裂縫體積增加。

孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)不發(fā)育的1#、4#巖心以及很發(fā)育的3#、6#巖心水化作用后滲透率增加幅度比孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)較發(fā)育的2#、5#巖心小。這是因?yàn)轫搸r水化作用對孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)較發(fā)育的巖心影響最顯著，而對孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)發(fā)育程度很低和很高兩種極端狀態(tài)的巖心影響相對較小?？紫?裂縫結(jié)構(gòu)發(fā)育的巖心吸水性能比純孔隙型巖心強(qiáng)，通過毛細(xì)管力吸入的水可以進(jìn)入更多的空間。水的存在打破了原有的物理化學(xué)平衡[4]，降低了巖石內(nèi)聚力及斷裂韌性[17]，且裂縫尖端存在應(yīng)力集中，當(dāng)黏土的水化膨脹應(yīng)力大于裂縫延伸應(yīng)力時(shí)，裂縫發(fā)生延伸和擴(kuò)展。1#巖心盡管黏土含量較高，但較大孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)不發(fā)育，巖心吸水能力較弱，脆性指數(shù)較低，黏土膨脹應(yīng)力難以促使孔隙擴(kuò)展。若巖心原有孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)已經(jīng)足夠發(fā)育，再發(fā)育空間有限，水化作用對孔隙及裂縫再擴(kuò)展的影響相對較弱。因此，水化作用對頁巖巖心的作用強(qiáng)度受孔隙-裂縫發(fā)育程度、黏土礦物含量、脆性指數(shù)共同影響。

3 結(jié)論及建議

頁巖巖心在圍壓 10 MPa條件下經(jīng)過水化作用會發(fā)生自發(fā)損傷，促使部分原有孔隙膨脹和擴(kuò)展，孔隙分布密集的區(qū)域?qū)⑾嗷ミB通形成新的裂縫。原有裂縫也會發(fā)生延伸、縫寬增加并伴隨出現(xiàn)分支裂縫，且孔隙-裂縫間會發(fā)生交會，形成更加復(fù)雜、裂縫面積更大、連通性更好的孔隙-裂縫網(wǎng)絡(luò)。水化作用可提高頁巖巖心滲透率并抵消應(yīng)力敏感導(dǎo)致的滲透率降低。

水化作用對頁巖巖心孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)的影響程度與原生孔隙-裂縫發(fā)育程度、黏土礦物含量及脆性指數(shù)相關(guān)。水化作用對原生孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)較發(fā)育的頁巖巖心影響較大，對原生孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)不發(fā)育和很發(fā)育的巖心影響較小，水化損傷主要沿層理面或原生裂縫發(fā)育方向延伸。

水化作用對頁巖巖心內(nèi)部孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)影響較大，在采用核磁共振技術(shù)分析頁巖儲集層巖心孔隙結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)避免使用水基液體或控制巖心飽和時(shí)間。

頁巖儲集層增產(chǎn)改造中，可充分利用頁巖水化作用特性，通過設(shè)計(jì)泵注模式、優(yōu)化返排制度等針對性措施挖掘復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?jié)摿?，為儲集層流體提供連通性更好的滲流通道。建議采取以下措施：①對于孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)較發(fā)育的儲集層，盡量提高滑溜水注入比例，借助滑溜水壓裂液體系良好的流動(dòng)性能，進(jìn)入儲集層孔隙-裂縫系統(tǒng)，強(qiáng)化水化作用，促使頁巖發(fā)生損傷和孔隙-裂縫結(jié)構(gòu)擴(kuò)展，增加孔隙、裂縫間的連通性，并與水力裂縫、天然裂縫交會形成更加復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)；②射孔后可采用小排量泵注一定規(guī)模的清水，利用水化作用降低巖石本體強(qiáng)度，同時(shí)提升縱向改造復(fù)雜程度；③根據(jù)頁巖儲集層物性特征，考慮在主壓裂后進(jìn)行關(guān)井或在返排初期采用小尺寸油嘴控排，讓壓裂液在水化作用下持續(xù)擴(kuò)散，提高遠(yuǎn)井區(qū)塊的裂縫復(fù)雜程度和改造強(qiáng)度。

致謝：感謝中國石油天然氣集團(tuán)公司及中國石油川慶鉆探工程有限公司對本項(xiàng)目給予的資助，感謝西南石油大學(xué)客座教授劉同斌、中國石油大學(xué)（北京）王慶博士對本文提出的建設(shè)性意見。

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（編輯 胡葦瑋）

Experiments on shale reservoirs plugs hydration

QIAN Bin1, ZHU Juhui1, YANG Hai1, LIANG Xing2, YIN Congbin1, SHI Xiaozhi1, LI Deqi2, LI Junlong1, FANG Hui3
(1. Down-hole Service Company of CNPC Chuanqing Drilling Engineering Company Limited, Chengdu 610051, China; 2. PetroChina Zhejiang Oilfield Company, Hangzhou 310013, China; 3. China University of Petroleum-Beijing, Beijing 102249, China)

By using nuclear magnetic resonance (NMR) and CT scanning technologies, hydration experiments have been conducted on shale samples from the Lower Silurian Longmaxi Formation in Zhaotong area in North Yunnan and Guizhou Provinces under the confining pressure of 10 MPa to study the effect of hydration on the propagation of pores and natural fractures in shale formation. The results show that the hydration not only offsets the permeability drop caused by stress sensitivity, but makes the fracture network more complicated, the connection between fractures and pores better with larger volume, and permeability higher by facilitating the dilation,propagation and cross-connection of primary pores, natural fractures, and newly created micro-fissures; hydration damage mainly occurs along the bedding plane or the direction of primary fractures; samples with relatively-developed primary pores and fractures are most affected by hydration, samples with well-developed primary pores and natural fractures are less affected by hydration, samples with only pores are least affected by hydration; and the hydration intensity of shale plugs is affected by the development of primary pores and fractures, clay content and brittleness index jointly. Therefore, in shale reservoir stimulation, it is suggested that the pumping schedule,shut-in operation or clean-up with small choke during early flow-back process be considered according to the features of shale reservoir to enhance the complexity and connection of facture network and improve the stimulation effect.

shale reservoir; stimulation; flow-back process; hydration; NMR; CT scanning; pores and natural fractures

中國石油天然氣集團(tuán)公司重大專項(xiàng)（2014F47-02）；中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司項(xiàng)目（CQ2016B-28-1-4）

TE21

A

1000-0747(2017)04-0615-07

10.11698/PED.2017.04.15

錢斌, 朱炬輝, 楊海, 等. 頁巖儲集層巖心水化作用實(shí)驗(yàn)[J]. 石油勘探與開發(fā), 2017, 44(4)： 615-621.

QIAN Bin, ZHU Juhui, YANG Hai, et al. Experiments on shale reservoirs plugs hydration[J]. Petroleum Exploration and Development, 2017, 44(4)： 615-621.

錢斌（1965-），男，湖南醴陵人，中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司教授級高級工程師，主要從事油氣藏增產(chǎn)改造技術(shù)研究與管理工作。地址：四川省成都市成華區(qū)華盛路46號，川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司，郵政編碼：610051。E-mail：qianb_sc@cnpc.com.cn

聯(lián)系作者簡介：楊海（1986-），男，四川成都人，博士，中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司工程師，主要從事非常規(guī)油氣儲集層增產(chǎn)改造理論與新技術(shù)研究。地址：四川省成都市成華區(qū)華盛路46號，川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司，郵政編碼：610051。E-mail：sinoyh@126.com

2016-12-03

2017-04-07