收稿：2023-02-15，
修回：2023-06-16，
纸质出版：2023-08-01
移动端阅览
古龙页岩油是中国对纯页岩型页岩油规模化勘探开发的首次探索。明确古龙页岩岩石力学特征与裂缝扩展机制，对指导古龙页岩油工程靶体优选、压裂工艺设计与施工参数优化具有重要意义。在对古龙页岩开展矿物分布、薄片及岩石力学测试分析的基础上，明确了古龙页岩“千层小薄饼”力学特征，分析了地质-工程多因素控制下的裂缝扩展机理。结果显示，古龙页岩具有黏土矿物含量高（平均为46.6 %）、储集层塑性强、页理发育程度高及力学各向异性强的典型特征。与常规页岩脆性断裂存在显著不同，古龙页岩典型岩样力学性质表现出高频波动特征，抗压强度大于20 MPa的波动次数为3.33次/cm，断裂过程呈渐进式的稳定破坏过程，具有缓慢的峰后跌落段，断裂轨迹表现为锯齿状随机路径。同时，在高密度页理缝的控制下，古龙页岩压裂裂缝形态复杂，但缝高和缝长受到明显抑制，人工裂缝“扩不高、延不远”，成为古龙页岩油储集层有效改造的主要制约。建议古龙页岩油压裂改造应遵循“控近扩远”原则，加强压裂施工过程控制，抑制近井裂缝过度发育，促进主裂缝充分延伸，提高有效改造体积。
The Gulong shale oil represents China’s first attempt at large-scale exploration and exploitation of the oil contained in shale sequences without intercalations. Clarifying the rock mechanical characteristics and fracture propagation mechanisms of the Gulong shale is vital for guiding the selection of landing zones and fracturing design and engineering parameter optimization. In this study， the mineral distribution， thin section observation and rock mechanics tests are performed to clarify the Gulong shale as “fine layered” texture in mechanics and reveal the fracture propagation mechanisms under the control of multiple geological and engineering factors. It is shown that the Gulong shale is characterized by high clay mineral content （Avg. 46.6 %）， strong plasticity， a foliation intensity of up to 1 000～3 000 stripes per meter and strong mechanical anisotropy. Unlike the brittle fracturing of conventional shale， the typical rock samples from Gulong exhibit high-frequency fluctuation in mechanical property， with a fluctuation frequency of 3.33 times per cm for a compressive strength greater than 20 MPa. The fracturing process is observed as a steady gradual process with a slow post-peak stress decline， and along a random path in a zigzagged shape. Meanwhile， in the case of high-density foliation fractures， the hydraulic fractures in the Gulong shale are of complex morphology， with their height and length being significantly constrained. The limited vertical and horizontal extension of hydraulic fractures has been a major constraint for the effective stimulation of the Gulong shale oil reservoir. It is thereby suggested that the hydraulic stimulation of the Gulong shale oil reservoir should follow the principle of controlling near-wellbore fracture branching and further extending distal fracture networks， while placing the fracturing treatment under more effective control to suppress the development of near-wellbore fractures and boost the extension of main fractures to sufficiently expand the stimulated reservoir volume.
支东明 ， 李建忠 ， 张伟 ， 等 . 准噶尔盆地吉木萨尔凹陷双吉构造带井井子沟组勘探突破及意义 ［J］. 石油学报 ， 2022 ， 43 （ 10 ）： 1383 - 1394 .
ZHI Dongming ， LI Jianzhong ， ZHANG Wei ， et al . Exploration breakthrough and its significance of Jingjingzigou Formation in Shuangji tectonic zone of Jimsar Sag in Junggar Basin ［J］. Acta Petrolei Sinica ， 2022 ， 43 （ 10 ）： 1383 - 1394 .
付金华 ， 李士祥 ， 牛小兵 ， 等 . 鄂尔多斯盆地三叠系长7段页岩油地质特征与勘探实践 ［J］. 石油勘探与开发 ， 2020 ， 47 （ 5 ）： 870 - 883 .
FU Jinhua ， LI Shixiang ， NIU Xiaobing ， et al . Geological characteristics and exploration of shale oil in Chang 7 Member of Triassic Yanchang Formation， Ordos Basin， NW China ［J］. Petroleum Exploration and Development ， 2020 ， 47 （ 5 ）： 870 - 883 .
周立宏 ， 何海清 ， 郭绪杰 ， 等 . 渤海湾盆地歧口凹陷古近系沙一下亚段中等成熟页岩油富集主控因素与勘探突破 ［J］. 石油与天然气地质 ， 2022 ， 43 （ 5 ）： 1073 - 1086 .
ZHOU Lihong ， HE Haiqing ， GUO Xujie ， et al . Main factors controlling the medium-mature shale oil enrichment and exploration breakthrough in the Paleogene Lower E 3 s 1L in Qikou Sag， Bohai Bay Basin ［J］. Oil & Gas Geology ， 2022 ， 43 （ 5 ）： 1073 - 1086 .
李国欣 ， 朱如凯 ， 张永庶 ， 等 . 柴达木盆地英雄岭页岩油地质特征、评价标准及发现意义 ［J］. 石油勘探与开发 ， 2022 ， 49 （ 1 ）： 18 - 31 .
LI Guoxin ， ZHU Rukai ， ZHANG Yongshu ， et al . Geological characteristics， evaluation criteria and discovery significance of Paleogene Yingxiongling shale oil in Qaidam Basin， NW China ［J］. Petroleum Exploration and Development ， 2022 ， 49 （ 1 ）： 18 - 31 .
刘合 ， 匡立春 ， 李国欣 ， 等 . 中国陆相页岩油完井方式优选的思考与建议 ［J］. 石油学报 ， 2020 ， 41 （ 4 ）： 489 - 496 .
LIU He ， KUANG Lichun ， LI Guoxin ， et al . Considerations and suggestions on optimizing completion methods of continental shale oil in China ［J］. Acta Petrolei Sinica ， 2020 ， 41 （ 4 ）： 489 - 496 .
孙龙德 ， 刘合 ， 何文渊 ， 等 . 大庆古龙页岩油重大科学问题与研究路径探析 ［J］. 石油勘探与开发 ， 2021 ， 48 （ 3 ）： 453 - 463 .
SUN Longde ， LIU He ， HE Wenyuan ， et al . An analysis of major scientific problems and research paths of Gulong shale oil in Daqing Oilfield， NE China ［J］. Petroleum Exploration and Development ， 2021 ， 48 （ 3 ）： 453 - 463 .
庞彦明 ， 王永卓 ， 王瑞 ， 等 . 松辽盆地古龙页岩油水平井试采分析及产能预测 ［J］. 大庆石油地质与开发 ， 2020 ， 39 （ 3 ）： 137 - 146 .
PANG Yanming ， WANG Yongzhuo ， WANG Rui ， et al . Production test analysis and productivity prediction of horizontal wells in Gulong shale oil reservoirs， Songliao Basin ［J］. Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing ， 2020 ， 39 （ 3 ）： 137 - 146 .
刘成林 ， 刘新菊 ， 张洪军 ， 等 . 鄂尔多斯盆地安塞地区页岩油地质-工程一体化技术实践 ［J］. 石油与天然气地质 ， 2022 ， 43 （ 5 ）： 1238 - 1248 .
LIU Chenglin ， LIU Xinju ， ZHANG Hongjun ， et al . Application of an integrated geology-reservoir engineering approach to shale oil development in Ansai area， Ordos Basin ［J］. Oil & Gas Geology ， 2022 ， 43 （ 5 ）： 1238 - 1248 .
LU Cong ， LU Yunxiao ， GUO Jianchun ， et al . Stability of the formation interface under the impact of hydraulic fracture propagation in the vicinity of the formation interface ［J］. Petroleum Science ， 2020 ， 17 （ 4 ）： 1101 - 1118 .
DONG Jingnan ， YUAN Guangjie ， WANG Xiangyang ， et al . Experimental study of multi-timescale crack blunting in hydraulic fracture ［J］. Petroleum Science ， 2021 ， 18 （ 1 ）： 234 - 244 .
ZHAO Xianzheng ， JIN Fengming ， LIU Xuewei ， et al . Numerical study of fracture dynamics in different shale fabric facies by integrating machine learning and 3-D lattice method： A case from Cangdong Sag， Bohai Bay Basin， China ［J］. Journal of Petroleum Science and Engineering ， 2022 ， 218 ： 110861 .
王玉华 ， 梁江平 ， 张金友 ， 等 . 松辽盆地古龙页岩油资源潜力及勘探方向 ［J］. 大庆石油地质与开发 ， 2020 ， 39 （ 3 ）： 20 - 34 .
WANG Yuhua ， LIANG Jiangping ， ZHANG Jinyou ， et al . Resource potential and exploration direction of Gulong shale oil in Songliao Basin ［J］. Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing ， 2020 ， 39 （ 3 ）： 20 - 34 .
ZHAO Peng ， XIE Lingzhi ， FAN Zhichao ， et al . Mutual interference of layer plane and natural fracture in the failure behavior of shale and the mechanism investigation ［J］. Petroleum Science ， 2021 ， 18 （ 2 ）： 618 - 640 .
LIU Xin ， MENG Siwei ， LIANG Zhengzhao ， et al . Microscale crack propagation in shale samples using focused ion beam scanning electron microscopy and three-dimensional numerical modeling ［J/OL］. Petroleum Science ， 2023 ， 20 ， 1488 - 1512 .
LABANI M M ， REZAEE R . The importance of geochemical parameters and shale composition on rock mechanical properties of gas shale reservoirs： A case study from the Kockatea Shale and Carynginia Formation from the Perth Basin， western Australia ［J］. Rock Mechanics and Rock Engineering ， 2015 ， 48 （ 3 ）： 1249 - 1257 .
LI L C ， TANG C A ， WANG S Y ， et al . A coupled thermo-hydrologic-mechanical damage model and associated application in a stability analysis on a rock pillar ［J］. Tunnelling and Underground Space Technology ， 2013 ， 34 ： 38 - 53 .
LI Tianjiao ， LI Lianchong ， Tang Chun’an ， et al . A coupled hydraulic-mechanical-damage geotechnical model for simulation of fracture propagation in geological media during hydraulic fracturing ［J］. Journal of Petroleum Science and Engineering ， 2019 ， 173 ： 1390 - 1416 .
蒋廷学 ， 卞晓冰 ， 苏瑗 ， 等 . 页岩可压性指数评价新方法及应用 ［J］. 石油钻探技术 ， 2014 ， 42 （ 5 ）： 16 - 20 .
JIANG Tingxue ， BIAN Xiaobing ， SU Yuan ， et al . A new method for evaluating shale fracability index and its application ［J］. Petroleum Drilling Techniques ， 2014 ， 42 （ 5 ）： 16 - 20 .
赵金洲 ， 许文俊 ， 李勇明 ， 等 . 页岩气储层可压性评价新方法 ［J］. 天然气地球科学 ， 2015 ， 26 （ 6 ）： 1165 - 1172 .
ZHAO Jinzhou ， XU Wenjun ， LI Yongming ， et al . A new method for fracability evaluation of shale-gas reservoirs ［J］. Natural Gas Geoscience ， 2015 ， 26 （ 6 ）： 1165 - 1172 .
赵金洲 ， 尹庆 ， 李勇明 . 中国页岩气藏压裂的关键科学问题 ［J］. 中国科学（物理学 力学 天文学） ， 2017 ， 47 （ 11 ）： 15 - 28 .
ZHAO Jinzhou ， YIN Qing ， LI Yongming . Key scientific issues of hydraulic fracturing in Chinese shale gas reservoir ［J］. SCIENTIA SINICA Physica ， Mechanica & Astronomica， 2017 ， 47 （ 11 ）： 15 - 28 .
焦方正 . 鄂尔多斯盆地页岩油缝网波及研究及其在体积开发中的应用 ［J］. 石油与天然气地质 ， 2021 ， 42 （ 5 ）： 1181 - 1188 .
JIAO Fangzheng . FSV estimation and its application to development of shale oil via volume fracturing in the Ordos Basin ［J］. Oil & Gas Geology ， 2021 ， 42 （ 5 ）： 1181 - 1188 .
吴奇 ， 胥云 ， 王晓泉 ， 等 . 非常规油气藏体积改造技术——内涵、优化设计与实现 ［J］. 石油勘探与开发 ， 2012 ， 39 （ 3 ）： 352 - 358 .
WU Qi ， XU Yun ， WANG Xiaoquan ， et al . Volume fracturing technology of unconventional reservoirs： Connotation， optimization design and implementation ［J］. Petroleum Exploration and Development ， 2012 ， 39 （ 3 ）： 352 - 358 .
柳占立 ， 王涛 ， 高岳 ， 等 . 页岩水力压裂的关键力学问题 ［J］. 固体力学学报 ， 2016 ， 37 （ 1 ）： 34 - 49 .
LIU Zhanli ， WANG Tao ， GAO Yue ， et al . The key mechanical problems on hydraulic fracture in shale ［J］. Chinese Journal of Solid Mechanics ， 2016 ， 37 （ 1 ）： 34 - 49 .
史璨 ， 林伯韬 . 页岩储层压裂裂缝扩展规律及影响因素研究探讨 ［J］. 石油科学通报 ， 2021 ， 6 （ 1 ）： 92 - 113 .
SHI Can ， LIN Botao . Principles and influencing factors for shale formations ［J］. Petroleum Science Bulletin ， 2021 ， 6 （ 1 ）： 92 - 113 .
蔡萌 ， 唐鹏飞 ， 魏旭 ， 等 . 松辽盆地古龙页岩油复合体积压裂技术优化 ［J］. 大庆石油地质与开发 ， 2022 ， 41 （ 3 ）： 156 - 164 .
CAI Meng ， TANG Pengfei ， WEI Xu ， et al . Optimization of composite volume fracturing technology for Gulong shale oil ［J］. Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing ， 2022 ， 41 （ 3 ）： 156 - 164 .
闫鸿林 ， 段彦清 ， 范立华 ， 等 . 松辽盆地古龙页岩油储层压裂施工诊断及工艺控制技术 ［J］. 大庆石油地质与开发 ， 2020 ， 39 （ 3 ）： 176 - 184 .
YAN Honglin ， DUAN Yanqing ， FAN Lihua ， et al . Fracturing operation diagnosis and process control technology of the shale oil reservoirs in Gulong Sag， Songliao Basin ［J］. Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing ， 2020 ， 39 （ 3 ）： 176 - 184 .
相关作者
相关机构
京公网安备11010802024621
