多韻律鹽間頁巖油儲層水力壓裂復雜縫網形成機理剖析與實踐探索一、引言1.1研究背景與意義在全球能源需求持續增長以及傳統油氣資源逐漸減少的大背景下，非常規油氣資源的開發愈發受到重視。多韻律鹽間頁巖油作為一種重要的非常規油氣資源，其儲量豐富，分布廣泛，在能源領域中具有巨大的開發潛力。例如，江漢盆地潛江凹陷的鹽間頁巖油儲層，潛江組發育多個鹽韻律層，累計厚度達2000m以上，鹽層間夾持的富有機質細粒沉積巖既是生油層又是儲油層，單層一般厚度為5-10m，展現出平面展布廣、縱向層系多、資源量大的特點。然而，多韻律鹽間頁巖油儲層具有巖石力學性質變化大、單層厚度薄、巖性組分多、孔隙連通性差以及受上下鹽巖影響顯著等特性，導致其開采難度較大。水力壓裂技術作為提高頁巖油采收率的關鍵手段，能夠在儲層中形成復雜縫網，有效增加儲層的滲流面積和滲透率，從而極大地提升頁巖油的開采效率。通過高壓泵入壓裂液，使儲層巖石破裂并形成裂縫，當裂縫在擴展過程中與天然裂縫、層理等弱面相互作用時，便會形成復雜的裂縫網絡，讓原本難以流動的頁巖油能夠更順暢地流向井筒。復雜縫網的形成對于多韻律鹽間頁巖油儲層的開發具有多重重要意義。在增加滲流通道方面，復雜縫網能夠極大地增加儲層的滲流通道。由于頁巖油儲層本身孔隙度低、滲透率差，油氣在其中的流動受到極大限制。復雜縫網的存在打破了這種限制，為頁巖油提供了更多的流動路徑，使油氣能夠更高效地從儲層流向井筒，從而提高采收率。在擴大泄流面積上，復雜縫網的形成顯著擴大了儲層的泄流面積。相較于簡單的單一裂縫，復雜縫網能夠與更多的儲層區域相連通，使更多的頁巖油能夠參與到流動過程中，增加了儲層的動用程度，進一步提高了采收率。復雜縫網還能有效降低生產壓差。由于滲流通道的增加和泄流面積的擴大，油氣在儲層中的流動阻力減小，在相同產量下，所需的生產壓差也相應降低，這有利于保護儲層，延長油井的生產壽命。對多韻律鹽間頁巖油儲層水力壓裂復雜縫網形成機理的研究，能夠深入了解裂縫的起裂、擴展和延伸規律，為優化壓裂工藝參數提供科學依據。通過研究巖石力學性質、地應力狀態、天然裂縫分布等地質因素以及壓裂液性質、施工參數等工程因素對復雜縫網形成的影響，可以有針對性地調整壓裂設計，提高壓裂效果，降低開發成本，實現多韻律鹽間頁巖油資源的高效、經濟開發，這對于緩解能源供需矛盾、保障國家能源安全具有重要的現實意義。1.2國內外研究現狀國外在多韻律鹽間頁巖油儲層水力壓裂復雜縫網形成的研究起步相對較早，在理論研究和現場實踐方面都取得了不少成果。美國作為頁巖氣開發技術較為成熟的國家，其研究主要集中在Barnett、Marcellus等頁巖氣儲層，雖然并非嚴格意義上的多韻律鹽間頁巖油儲層，但相關研究成果對多韻律鹽間頁巖油儲層的研究具有重要的參考價值。在巖石力學性質對裂縫擴展的影響研究上，國外學者通過大量的室內實驗和數值模擬，深入分析了頁巖的脆性、彈性模量、泊松比等參數與裂縫起裂和擴展的關系。研究發現，脆性礦物含量高的頁巖更容易在水力壓裂過程中形成復雜縫網，因為脆性巖石在受力時更容易發生破裂和產生分支裂縫。彈性模量和泊松比也會影響裂縫的擴展形態和延伸方向，彈性模量較高的巖石，裂縫擴展相對較困難，但一旦形成裂縫，其寬度相對較大；泊松比則影響巖石在受力時的橫向變形，進而影響裂縫的空間形態。對于地應力狀態對裂縫擴展的影響，國外研究表明，水平主應力差是控制裂縫形態的關鍵因素之一。當水平主應力差較小時，水力裂縫更容易發生轉向和分叉，形成復雜的裂縫網絡；而當水平主應力差較大時，裂縫則傾向于沿著最大主應力方向延伸，形成較為單一的裂縫形態。此外，地應力的各向異性還會影響裂縫在不同方向上的擴展速度和延伸長度，使得裂縫網絡在空間上呈現出非均勻分布的特征。天然裂縫對復雜縫網形成的作用也是國外研究的重點之一。研究人員通過巖心觀察、微地震監測等手段，發現天然裂縫能夠為水力裂縫的擴展提供通道和導向作用，當水力裂縫與天然裂縫相交時，容易發生裂縫的轉向和延伸，從而增加裂縫網絡的復雜性。天然裂縫的密度、方向和連通性等參數對復雜縫網的形成也有著重要影響，高密度、多方向且連通性好的天然裂縫更有利于形成復雜的裂縫網絡。在現場實踐方面，國外已經在多個頁巖油產區開展了大規模的水力壓裂作業，并積累了豐富的經驗。例如，美國的EagleFord頁巖油產區，通過優化壓裂工藝參數，如壓裂液類型、注入速率、砂比等，成功提高了復雜縫網的形成效果和頁巖油的采收率。在壓裂液方面，采用了低粘度的滑溜水和高性能的壓裂液添加劑，以降低壓裂液的摩阻和提高其攜砂能力；在注入速率上，根據儲層的地質條件和裂縫擴展情況，進行了動態調整，以確保裂縫能夠充分擴展和延伸；在砂比控制上，通過實驗和模擬，確定了最佳的砂比范圍，以保證支撐劑能夠有效地支撐裂縫，提高裂縫的導流能力。國內對多韻律鹽間頁巖油儲層水力壓裂復雜縫網形成的研究也在不斷深入，尤其是在江漢盆地潛江凹陷等鹽間頁巖油儲層的研究中取得了一系列成果。在儲層特征研究方面，國內學者對江漢盆地潛江凹陷鹽間頁巖油儲層的巖性、物性、礦物組成、有機質含量等進行了詳細的分析。研究發現，該區域的鹽間頁巖油儲層具有高有機質含量、低孔隙度、低滲透率的特點，且巖性復雜，主要由泥頁巖、白云巖、鹽巖等組成，不同巖性的交互分布導致了儲層的非均質性較強。這種非均質性對水力壓裂復雜縫網的形成有著重要影響，不同巖性的巖石力學性質差異較大，使得裂縫在擴展過程中容易發生轉向和分叉，增加了裂縫網絡的復雜性。針對鹽間頁巖油儲層的水力壓裂技術，國內開展了大量的實驗和現場試驗研究。在壓裂液方面，研發了適用于鹽間頁巖油儲層的耐酸壓裂液體系，該體系在酸性環境（pH為2-6）下性能穩定，攜砂能力強，對儲層傷害低。例如，通過在壓裂液中添加特殊的降阻劑和表面活性劑，降低了壓裂液的摩阻，提高了其在儲層中的流動性能；同時，采用了新型的交聯劑和破膠劑，改善了壓裂液的流變性能和破膠性能，減少了對儲層的傷害。在壓裂工藝上，采用了CO?增能復合壓裂、密切割強加砂壓裂、投球暫堵等技術，以提高裂縫的復雜度和儲層的改造效果。CO?增能復合壓裂技術利用CO?的膨脹性和溶解性，增加了壓裂液的返排能力，改善了基質的孔滲性；密切割強加砂壓裂技術通過增加射孔簇數和優化射孔參數，克服了“簇集效應”，促進了各簇裂縫的均勻開啟和延伸；投球暫堵技術則通過在壓裂過程中投入暫堵球，封堵已形成的裂縫，迫使壓裂液轉向，形成新的裂縫，從而增加了裂縫網絡的復雜性。在數值模擬方面，國內學者建立了考慮多物理場耦合的水力壓裂數值模型，綜合考慮了流體流動、巖石變形、裂縫擴展等因素，對多韻律鹽間頁巖油儲層水力壓裂復雜縫網的形成過程進行了模擬研究。通過數值模擬，分析了不同地質因素和工程因素對復雜縫網形成的影響規律，為優化壓裂設計提供了理論依據。例如，通過模擬不同地應力狀態下的水力壓裂過程，研究了水平主應力差和天然裂縫對裂縫擴展的影響；通過改變壓裂液的注入速率和砂比等參數，分析了這些工程因素對裂縫形態和導流能力的影響。盡管國內外在多韻律鹽間頁巖油儲層水力壓裂復雜縫網形成的研究方面取得了一定進展，但仍存在一些不足之處。現有研究對多韻律鹽間頁巖油儲層的復雜地質條件和特殊巖石力學性質的認識還不夠深入，尤其是在鹽巖與頁巖交互層的力學行為、鹽溶作用對裂縫擴展的影響等方面，還需要進一步的研究。在壓裂工藝技術方面，雖然已經提出了一些新的技術和方法，但在實際應用中還存在一些問題，如壓裂液的適應性、支撐劑的有效鋪置等，需要進一步優化和改進。數值模擬方法雖然能夠對水力壓裂過程進行模擬，但由于模型的簡化和參數的不確定性，模擬結果與實際情況還存在一定的偏差，需要進一步提高模型的準確性和可靠性。1.3研究內容與方法本文主要研究多韻律鹽間頁巖油儲層水力壓裂復雜縫網形成機理，分析地質因素與工程因素對縫網形成的影響，為優化壓裂設計提供理論依據。具體研究內容包括：多韻律鹽間頁巖油儲層特征分析：通過巖心觀察、薄片鑒定、掃描電鏡等實驗手段，對多韻律鹽間頁巖油儲層的巖性、物性、礦物組成、有機質含量、孔隙結構等特征進行詳細分析，明確儲層的基本特性，為后續研究提供基礎數據。例如，通過掃描電鏡觀察儲層的孔隙結構，了解孔隙的大小、形狀和連通性，分析其對流體滲流的影響。巖石力學性質與裂縫起裂擴展規律研究：開展巖石力學實驗，測定多韻律鹽間頁巖油儲層巖石的彈性模量、泊松比、抗壓強度、抗拉強度等力學參數，分析巖石力學性質對裂縫起裂和擴展的影響。運用斷裂力學理論，建立裂縫起裂和擴展的力學模型，研究裂縫在不同應力條件下的起裂準則和擴展路徑。比如，通過室內巖石力學實驗，獲取巖石的力學參數，為建立裂縫起裂和擴展模型提供依據。地質因素對復雜縫網形成的影響研究：分析地應力狀態、天然裂縫分布、層理發育等地質因素對多韻律鹽間頁巖油儲層水力壓裂復雜縫網形成的影響。研究水平主應力差、天然裂縫密度和方向、層理傾角等參數與復雜縫網形態和規模的關系。例如，通過地應力測量和天然裂縫統計，分析地應力狀態和天然裂縫分布對裂縫擴展的影響，確定復雜縫網形成的有利地質條件。工程因素對復雜縫網形成的影響研究：探討壓裂液性質、施工參數（如注入速率、排量、砂比等）、射孔方式等工程因素對多韻律鹽間頁巖油儲層水力壓裂復雜縫網形成的影響。通過實驗和數值模擬，優化壓裂液配方和施工參數，提高復雜縫網的形成效果。比如，通過室內實驗研究不同壓裂液性質對裂縫擴展的影響，通過數值模擬分析不同施工參數下的裂縫擴展形態，從而優化壓裂設計。復雜縫網形成機理及數學模型建立：綜合考慮地質因素和工程因素，揭示多韻律鹽間頁巖油儲層水力壓裂復雜縫網的形成機理，建立復雜縫網形成的數學模型，對復雜縫網的形成過程進行數值模擬和預測。例如，基于巖石力學、流體力學和斷裂力學等理論，建立考慮多因素耦合作用的復雜縫網形成數學模型，通過數值模擬研究復雜縫網的形成過程和演化規律。現場試驗與應用效果分析：結合實際油藏，開展多韻律鹽間頁巖油儲層水力壓裂現場試驗，驗證研究成果的有效性和實用性。對現場試驗數據進行分析，評估復雜縫網的形成效果和增產效果，為實際生產提供指導。比如，通過對現場壓裂施工數據的監測和分析，驗證數值模擬結果的準確性，評估復雜縫網的形成效果和增產效果，為進一步優化壓裂設計提供依據。本文綜合運用多種研究方法，以確保研究的全面性和深入性：室內實驗：開展巖石力學實驗、壓裂液性能實驗、裂縫擴展模擬實驗等，獲取多韻律鹽間頁巖油儲層巖石的力學參數、壓裂液的流變性能和濾失性能等數據，研究裂縫在不同條件下的起裂和擴展規律。例如，在巖石力學實驗中，采用三軸壓縮實驗測定巖石的抗壓強度和彈性模量等參數；在壓裂液性能實驗中，使用旋轉黏度計測定壓裂液的黏度，研究其流變性能。數值模擬：運用有限元、有限差分等數值方法，建立多韻律鹽間頁巖油儲層水力壓裂復雜縫網形成的數值模型，模擬裂縫的起裂、擴展和延伸過程，分析地質因素和工程因素對復雜縫網形成的影響。例如，使用COMSOLMultiphysics軟件建立流固耦合模型，模擬水力壓裂過程中流體流動和巖石變形的相互作用，研究裂縫的擴展規律。理論分析：基于巖石力學、斷裂力學、滲流力學等理論，分析多韻律鹽間頁巖油儲層水力壓裂復雜縫網形成的力學機制，建立裂縫起裂和擴展的理論模型，推導相關公式和參數。例如，運用斷裂力學理論分析裂縫的起裂準則和擴展條件，建立裂縫擴展的理論模型。現場監測：在多韻律鹽間頁巖油儲層水力壓裂現場試驗中，采用微地震監測、地面測斜儀監測等手段，實時監測裂縫的擴展方位、長度、高度等參數，驗證數值模擬結果的準確性，為研究復雜縫網的形成機理提供實際數據支持。例如，通過微地震監測技術，獲取裂縫擴展過程中產生的微地震事件，反演裂縫的擴展形態和空間分布。二、多韻律鹽間頁巖油儲層特征2.1巖性與礦物組成2.1.1巖石類型及分布多韻律鹽間頁巖油儲層巖性復雜多樣，主要包括泥質白云巖、云/灰質泥巖、鈣芒硝充填云質泥巖等。在江漢盆地潛江凹陷的鹽間頁巖油儲層中，不同巖性呈韻律性互層分布。泥質白云巖通常以紋層狀產出，其紋層厚度一般在0.1-1mm之間，在儲層中占比較大，約為30%-50%。這些紋層狀泥質白云巖在平面上分布較為穩定，延伸距離可達數千米，其穩定的分布為頁巖油的儲存提供了良好的空間。云/灰質泥巖則常與泥質白云巖交互出現，在儲層中的占比約為20%-40%。其分布呈現出一定的區域性差異，在凹陷的中心部位，云/灰質泥巖的厚度相對較大，而在邊緣部位則相對較薄。鈣芒硝充填云質泥巖多呈透鏡狀或薄層狀分布，在儲層中占比較小，一般小于10%，但其特殊的分布形態和礦物組成對儲層的物性和滲流特性有著重要影響。這些透鏡狀或薄層狀的鈣芒硝充填云質泥巖，可能會阻礙頁巖油的流動，也可能在一定條件下形成局部的高滲通道，具體影響取決于其分布的位置和連通性。不同巖性的分布受到沉積環境和沉積相的控制。在湖泊相沉積環境下，水體的鹽度、深度、水動力條件等因素的周期性變化，導致了不同巖性的韻律性沉積。當水體鹽度較高、水動力較弱時，有利于泥質白云巖的沉淀和堆積；而當水體鹽度相對較低、水動力增強時，則更易形成云/灰質泥巖。鈣芒硝的形成與特定的鹽湖演化階段和鹵水化學組成有關，通常在鹽湖萎縮、鹵水濃縮的過程中，鈣芒硝會逐漸結晶沉淀，充填于云質泥巖的孔隙或層間，形成鈣芒硝充填云質泥巖。這種沉積環境和沉積相的變化，使得多韻律鹽間頁巖油儲層的巖性分布呈現出復雜的特征。2.1.2礦物成分特點多韻律鹽間頁巖油儲層的礦物成分主要包括石英、長石、方解石、白云石、粘土礦物以及少量的黃鐵礦等。石英含量一般在20%-40%之間，石英是一種硬度較高、脆性較強的礦物，其含量的增加有助于提高巖石的脆性。在水力壓裂過程中，脆性較高的巖石更容易產生裂縫，并且裂縫的擴展相對較為容易，有利于形成復雜的裂縫網絡。當巖石受到壓裂液的壓力作用時，石英顆粒之間的結合力相對較弱，容易發生破裂，從而為裂縫的形成和擴展提供了條件。長石含量通常在5%-15%左右，長石的存在會影響巖石的力學性質，其硬度和脆性相對石英較低，可能會對裂縫的擴展產生一定的阻礙作用。不同類型的長石（如鉀長石、鈉長石等）在巖石中的分布和含量變化，也會導致巖石力學性質的差異，進而影響裂縫的擴展行為。方解石和白云石作為碳酸鹽礦物，在儲層中的含量較為可觀，方解石含量約為10%-30%，白云石含量約為15%-35%。這些碳酸鹽礦物的存在會影響巖石的脆性和化學活性。碳酸鹽礦物在酸性壓裂液的作用下會發生化學反應，產生溶解現象，從而增加巖石的孔隙度和滲透率，改善儲層的滲流性能。當使用酸性壓裂液進行水力壓裂時，方解石和白云石會與酸液發生反應，生成可溶性的鹽類和二氧化碳氣體，使得巖石內部的孔隙空間增大，有利于頁巖油的流動。粘土礦物含量一般在10%-30%之間，常見的粘土礦物有伊利石、蒙脫石、高嶺石等。粘土礦物具有較強的吸水性和膨脹性，吸水后會發生膨脹，導致巖石的孔隙結構發生變化，進而影響儲層的滲透率。蒙脫石在吸水后會發生顯著的膨脹，可能會堵塞巖石的孔隙和喉道，降低儲層的滲透率；而伊利石和高嶺石的膨脹性相對較弱，但它們的存在也會對巖石的力學性質和孔隙結構產生一定的影響。粘土礦物還會影響壓裂液的流變性能和濾失性能，對水力壓裂過程產生重要影響。由于粘土礦物的表面電荷特性，它們會與壓裂液中的化學成分發生相互作用，改變壓裂液的黏度和濾失速度，從而影響壓裂液的攜砂能力和裂縫的擴展效果。黃鐵礦等其他礦物雖然含量較少，但也不容忽視。黃鐵礦具有較高的硬度和脆性，在巖石受力時可能會成為裂縫的起始點，促進裂縫的擴展。黃鐵礦的氧化還可能會導致巖石的化學性質發生變化，影響儲層的穩定性。當黃鐵礦與空氣中的氧氣和水發生反應時，會生成硫酸等酸性物質，這些酸性物質可能會對巖石和壓裂液產生腐蝕作用，影響儲層的性能和壓裂效果。2.2物性特征2.2.1孔隙結構多韻律鹽間頁巖油儲層的孔隙結構極為復雜，孔隙類型豐富多樣，主要包含粒間孔、粒內孔、晶間孔、有機質孔以及微裂縫等。粒間孔是顆粒之間的孔隙，其大小和形狀受到顆粒的分選性和排列方式的影響。在分選較好的儲層中，粒間孔相對較大且形狀較為規則；而在分選較差的情況下，粒間孔則大小不一，形狀也較為復雜。粒內孔則是顆粒內部的孔隙，常見于長石、石英等礦物顆粒內部，其形成與礦物的溶解、交代等作用有關。例如，長石顆粒在酸性流體的作用下，會發生溶解，從而在顆粒內部形成粒內孔。晶間孔是晶體之間的孔隙，在白云石、方解石等結晶礦物組成的儲層中較為常見。這些晶體在生長過程中，由于晶體之間的相互堆積和排列，會形成晶間孔，其孔徑通常較小，一般在納米級到微米級之間。有機質孔是有機質在熱演化過程中形成的孔隙，其發育程度與有機質含量、類型以及成熟度密切相關。有機質含量高、類型好且成熟度適中的儲層，有機質孔較為發育。當有機質成熟度達到一定程度時，會發生熱解，產生大量的烴類氣體，這些氣體在排出過程中，會在有機質內部形成孔隙。微裂縫在多韻律鹽間頁巖油儲層中也廣泛存在，其形成與巖石的受力作用、構造運動等因素有關。微裂縫的存在極大地改善了儲層的滲流性能，為油氣的運移提供了重要通道。在構造應力的作用下，巖石會發生破裂，形成微裂縫，這些微裂縫相互連通，形成了復雜的裂縫網絡，使油氣能夠更順暢地在儲層中流動。儲層孔隙大小分布范圍較廣，從納米級到微米級均有分布。其中，納米級孔隙在總孔隙中占比較大，其孔徑一般小于100nm。這些納米級孔隙雖然孔徑較小，但數量眾多，為油氣的儲存提供了大量的表面積。由于納米級孔隙的表面效應較強，油氣分子在其中的吸附和解吸行為較為復雜，這對油氣的儲存和滲流產生了重要影響。微米級孔隙的孔徑一般在1-1000μm之間，其對油氣的儲存和滲流也起著重要作用。微米級孔隙的連通性相對較好，能夠為油氣的流動提供較為暢通的通道。儲層孔隙的連通性較差，這是由于孔隙結構復雜，孔隙之間的喉道細小且彎曲。喉道是連接孔隙的狹窄通道，其大小和形狀對孔隙的連通性有著關鍵影響。在多韻律鹽間頁巖油儲層中，喉道的半徑通常在納米級到微米級之間，且形狀不規則，這使得油氣在孔隙之間的流動受到較大阻礙。孔隙的連通性差導致油氣在儲層中的滲流阻力增大，開采難度增加。為了提高油氣的開采效率，需要通過水力壓裂等技術手段，改善儲層的孔隙連通性，形成有效的滲流通道。孔隙結構對油氣儲存和滲流有著至關重要的影響。豐富的孔隙類型和較大的孔隙表面積為油氣的儲存提供了充足的空間。不同類型的孔隙，如粒間孔、粒內孔、有機質孔等，能夠容納不同狀態的油氣，既有游離態的油氣，也有吸附態的油氣。而孔隙連通性和孔徑大小則直接決定了油氣的滲流能力。連通性好、孔徑大的孔隙，油氣能夠更容易地在其中流動，滲流能力較強；反之，連通性差、孔徑小的孔隙，油氣的滲流受到阻礙，滲流能力較弱。孔隙結構還會影響油氣的吸附和解吸行為。納米級孔隙的表面效應使得油氣分子在孔隙表面的吸附作用較強，在開采過程中，需要克服較大的吸附力才能使油氣解吸出來，這也增加了油氣開采的難度。2.2.2滲透率與孔隙度多韻律鹽間頁巖油儲層的滲透率和孔隙度較低，屬于典型的低孔低滲儲層。滲透率數值范圍一般在0.001-1mD之間，孔隙度通常在1%-10%之間。在江漢盆地潛江凹陷的鹽間頁巖油儲層中，滲透率大多集中在0.01-0.1mD之間，孔隙度多在3%-7%之間。這種低滲透率和低孔隙度的特性，使得油氣在儲層中的流動受到極大限制，開采難度較大。低滲透率導致油氣在儲層中的滲流速度緩慢，難以快速流向井筒；低孔隙度則意味著儲層的儲油能力相對較弱，可開采的油氣量有限。滲透率和孔隙度在儲層中的分布具有明顯的非均質性。不同巖性、不同層位的滲透率和孔隙度存在較大差異。泥質白云巖相的滲透率相對較高，孔隙度也較大；而鈣芒硝充填云質泥巖相的滲透率則較低，孔隙度也較小。這種非均質性是由沉積環境、成巖作用等多種因素造成的。在沉積過程中，不同的水動力條件、物源供應等因素會導致沉積物的粒度、成分等發生變化，從而影響儲層的孔隙結構和滲透率。成巖作用中的壓實作用、膠結作用、溶解作用等也會對儲層的物性產生重要影響。壓實作用會使巖石顆粒緊密排列，孔隙度減小；膠結作用則會填充孔隙，降低滲透率；而溶解作用則可能會增加孔隙度和滲透率。滲透率與孔隙度之間存在一定的相關性。一般來說，孔隙度越高，滲透率越大。這是因為孔隙度的增加意味著儲層中孔隙空間的增大，油氣的流動通道增多，從而使得滲透率提高。但這種相關性并非絕對，還受到孔隙結構、喉道大小等因素的影響。當孔隙結構復雜，喉道細小且連通性差時，即使孔隙度較高，滲透率也可能較低。在一些儲層中，雖然孔隙度較大，但由于孔隙之間的喉道非常細小，油氣在其中的流動仍然受到很大阻礙，導致滲透率較低。滲透率和孔隙度與儲層產能密切相關。較高的滲透率和孔隙度有利于提高儲層的產能。滲透率高，油氣在儲層中的流動阻力小，能夠更快速地流向井筒，從而提高油井的產量；孔隙度大，則儲層能夠儲存更多的油氣，為油井的持續生產提供保障。反之，低滲透率和低孔隙度會導致儲層產能低下。低滲透率使得油氣難以從儲層中流出，低孔隙度則限制了儲層的儲油能力，這都會導致油井產量較低，開采效益不佳。因此，在多韻律鹽間頁巖油儲層的開發中，提高滲透率和孔隙度是提高儲層產能的關鍵。通過水力壓裂等增產措施，改善儲層的孔隙結構，增加孔隙連通性，提高滲透率和孔隙度，從而提高儲層的產能。2.3地應力特征2.3.1地應力大小與方向地應力是影響多韻律鹽間頁巖油儲層水力壓裂裂縫擴展的關鍵因素之一。準確測量和分析地應力的大小與方向，對于深入理解水力壓裂復雜縫網的形成機制具有重要意義。在多韻律鹽間頁巖油儲層中，地應力的測量方法主要包括水力壓裂法、井壁崩落法、差應變分析法等。水力壓裂法是目前確定地應力大小和方向的常用方法之一。通過在井眼中注入高壓液體，使巖石破裂并形成裂縫，根據壓裂過程中的壓力變化和裂縫形態，可以計算出最小水平主應力的大小。當壓裂液注入井眼時，壓力逐漸升高，當壓力達到巖石的破裂壓力時，巖石開始破裂形成裂縫。隨著壓裂液的繼續注入，裂縫不斷擴展，此時的壓力為延伸壓力。在裂縫延伸到一定距離后，瞬時停泵，記錄下此時的壓力，即瞬時停泵壓力，該壓力近似等于最小水平主應力。通過監測壓裂過程中微地震事件的分布和方位，可以確定裂縫的擴展方向，從而推斷出最大水平主應力的方向。在實際應用中，水力壓裂法具有測量精度較高、能夠直接反映地層實際受力狀態等優點，但也存在操作復雜、成本較高等缺點。井壁崩落法是利用井壁在水平地應力作用下發生崩落的現象來確定地應力大小和方向。當地層中的水平主應力差達到一定程度時，井壁會在最小水平主應力方向上發生崩落，形成橢圓形井眼。通過測量井眼的橢圓度和長軸方向，可以計算出水平主應力差和最大水平主應力的方向。具體來說，井眼橢圓度與水平主應力差成正比，通過測量井徑測井數據得到井眼的橢圓度，再結合巖石的力學參數，就可以計算出水平主應力差。而井眼長軸方向則近似于最大水平主應力方向。井壁崩落法具有操作相對簡單、成本較低等優點，但受到井眼條件、巖石性質等因素的影響較大，測量精度相對較低。差應變分析法是基于巖石在不同方向上的應變差異來確定地應力方向。從井下取出巖心后，對巖心進行加載和卸載實驗，測量巖心在不同方向上的應變變化。由于巖心在地下受到地應力的作用，在取出后會發生應力釋放，導致不同方向上的應變不同。通過分析這些應變差異，可以確定地應力的方向。差應變分析法能夠提供巖心地應力的相對方向信息，但測量過程較為復雜，且結果受到巖心的完整性、實驗條件等因素的影響。通過上述方法對多韻律鹽間頁巖油儲層地應力大小和方向的測量結果表明，儲層地應力狀態復雜。以江漢盆地潛江凹陷鹽間頁巖油儲層為例，垂直主應力一般在30-50MPa之間，最小水平主應力在20-40MPa之間，最大水平主應力在25-45MPa之間，水平主應力差在5-10MPa之間。最大水平主應力方向主要為北東-南西向。地應力的大小和方向在不同層位和區域存在一定差異，這種差異與地質構造、沉積環境等因素密切相關。在構造活動強烈的區域，地應力值相對較高，且主應力方向可能發生改變；而在沉積環境穩定的區域，地應力分布相對較為均勻。地應力對水力壓裂裂縫擴展有著顯著的影響。在水力壓裂過程中，裂縫通常會沿著最大水平主應力方向擴展。當水平主應力差較小時，裂縫容易發生轉向和分叉，形成復雜的裂縫網絡。這是因為較小的水平主應力差使得巖石在不同方向上的受力差異較小，裂縫在擴展過程中更容易受到其他因素（如天然裂縫、層理等）的影響，從而發生轉向和分叉。而當水平主應力差較大時，裂縫則傾向于沿著最大水平主應力方向延伸，形成較為單一的裂縫形態。在水平主應力差較大的情況下，巖石在最大水平主應力方向上的受力遠大于其他方向，裂縫在擴展過程中受到的干擾較小，因此更容易沿著該方向延伸。地應力的大小還會影響裂縫的起裂壓力和擴展速度。地應力越大，裂縫的起裂壓力越高，擴展速度越慢。這是因為地應力的增大使得巖石的抗壓強度增加，需要更高的壓力才能使巖石破裂形成裂縫，且在裂縫擴展過程中，地應力會對裂縫產生一定的阻力，導致裂縫擴展速度減慢。2.3.2地應力各向異性地應力各向異性是指地應力在不同方向上的大小和性質存在差異。在多韻律鹽間頁巖油儲層中，地應力各向異性程度較為顯著，這對復雜縫網的形成具有重要作用。地應力各向異性程度可以通過水平主應力差與平均水平主應力的比值來衡量，該比值越大，地應力各向異性程度越高。在多韻律鹽間頁巖油儲層中，由于巖性的韻律性變化、沉積層理以及構造運動的影響，水平主應力差通常較大，導致地應力各向異性程度較高。地應力各向異性對復雜縫網形成的作用機制主要體現在以下幾個方面：首先，地應力各向異性會影響裂縫的起裂和擴展方向。在各向異性的地應力場中，裂縫更容易在最小主應力方向上起裂，并且在擴展過程中會受到最大主應力方向的牽引，逐漸向最大主應力方向偏轉。當裂縫遇到天然裂縫或層理等弱面時，由于地應力各向異性的存在，裂縫在不同方向上的擴展能力不同，會導致裂縫發生轉向和分叉，從而增加裂縫網絡的復雜性。在某一區域，地應力各向異性程度較高，當水力壓裂裂縫遇到天然裂縫時，由于最小主應力方向與天然裂縫方向的夾角不同，裂縫在不同部位的擴展速度和方向發生變化，使得裂縫沿著天然裂縫發生轉向，并產生分支裂縫，形成復雜的裂縫網絡。地應力各向異性還會影響裂縫的擴展速度和長度。在最大主應力方向上，裂縫擴展速度較快，長度較長；而在最小主應力方向上，裂縫擴展速度較慢，長度較短。這種差異使得裂縫網絡在空間上呈現出非均勻分布的特征。在進行水力壓裂時，在最大主應力方向上，由于巖石所受的應力相對較小，裂縫擴展的阻力較小，因此裂縫能夠較快地擴展并延伸較長的距離；而在最小主應力方向上，巖石所受的應力較大，裂縫擴展的阻力較大，導致裂縫擴展速度較慢，長度也較短。這種非均勻分布的裂縫網絡有利于增加儲層的滲流面積，提高頁巖油的開采效率。地應力各向異性會對水力壓裂施工參數產生影響。在設計壓裂施工方案時，需要考慮地應力各向異性的因素，合理選擇射孔方位、壓裂液注入速率等參數。如果射孔方位與最大主應力方向夾角過大，會增加裂縫的起裂壓力，影響裂縫的擴展效果；而合理的壓裂液注入速率可以控制裂縫的擴展速度，使其更好地適應地應力各向異性的條件。在實際施工中，根據儲層地應力各向異性的測量結果，將射孔方位設計為與最大主應力方向夾角較小的方向，同時根據裂縫擴展的模擬結果，調整壓裂液的注入速率，以促進復雜縫網的形成，提高壓裂效果。三、水力壓裂復雜縫網形成原理3.1水力壓裂基本原理3.1.1壓裂過程水力壓裂施工是一個復雜且精細的過程，涵蓋多個關鍵步驟，每個步驟都對最終的壓裂效果起著至關重要的作用。施工前，需進行全面且細致的準備工作，包括對施工井的詳細地質資料收集與分析，明確儲層的巖性、物性、地應力狀態以及天然裂縫分布等關鍵信息，為后續的壓裂設計提供堅實的依據。對施工設備進行嚴格的檢查和調試，確保壓裂車組、液罐車、砂車、儀表車等設備性能良好，能夠在施工過程中穩定運行。同時，還需準備充足且質量合格的壓裂材料，如壓裂液和支撐劑，以滿足施工需求。施工時，首先進行循環操作，將壓裂液從液罐車輸送至壓裂車，再由壓裂車返回到液罐車，此過程需逐車進行。循環的目的在于檢查壓裂車組設備性能，確保地面流程管線暢通無阻。單車排量通常不低于1m3/min，持續時間不少于10min，以保證設備能夠正常運行，且管線無堵塞、泄漏等問題。循環結束后，進入試壓環節，平穩啟動壓裂車高壓泵，對井口閥門以上的設備和地面管線進行承壓性能試驗。試壓壓力一般設定為預測泵壓的1.2-1.5倍，穩壓5min，在此期間，設備和管線應不刺不漏，壓力無下降，方可判定為合格。試壓合格后，打開井口閥門，關閉循環放空閥門，逐臺啟動壓裂車，按照設計要求的排量將壓裂液擠入地層，此為試擠步驟。試擠過程中，壓力由低到高逐漸上升，直至穩定，其作用是檢查井下管柱和工具的狀況，以及壓裂層位的吸液能力。當試擠正常后，便進入關鍵的壓裂階段。逐臺啟動壓裂車，以高壓大排量持續將前置液擠入地層，使井底壓力迅速升高。當井底壓力超過地層的破裂壓力時，地層巖石開始破裂，形成裂縫。隨著壓裂液的不斷注入，裂縫逐漸擴展延伸。在油層破裂的瞬間，破裂壓力與地層深度的比值，被稱為壓裂破裂梯度，它反映了油層破裂的難易程度。在裂縫形成且泵壓和排量穩定后，開始加砂作業。加砂過程中，要分段精確控制混砂比，逐漸提高并均勻加砂，以確保壓力、排量平穩，嚴禁中途停泵。這是因為中途停泵可能導致砂卡等問題，影響壓裂效果。加砂完成后，打開混砂車的旁通替擠流程，向井內注入替擠液，將攜砂液替擠到油層裂縫中。替擠過程需嚴格按照設計執行，嚴禁超量替擠，以保證攜砂液能夠充分進入裂縫，并使支撐劑均勻分布在裂縫中。壓裂施工結束后，關閉所有進出口閥門，進入關井擴散壓力階段。在此階段，等待壓裂液破膠濾失及裂縫閉合，同時防止出砂，避免造成裂縫口鋪砂濃度過低。在一些情況下，還需進行活動管柱操作，負荷應不超過管柱懸重的200KN，上提速度控制在0.5m/min，活動行程不小于5m，確保管柱提放自如，拉力表懸重正常。活動管柱的目的是防止管柱在井下被卡住，保證后續作業的順利進行。3.1.2裂縫起裂與延伸裂縫的起裂與延伸是水力壓裂過程中的核心環節，涉及復雜的力學原理和多種影響因素。從力學條件來看，裂縫起裂需要滿足一定的準則。當作用在巖石上的應力達到或超過巖石的抗拉強度時，裂縫便會起裂。在實際的水力壓裂過程中，井底壓力是促使裂縫起裂的主要驅動力。當井底壓力克服了地層的初始應力以及巖石的抗拉強度后，巖石內部會產生微小的裂紋，隨著壓力的持續增加，這些裂紋逐漸擴展并相互連通，最終形成宏觀裂縫。裂縫起裂壓力受到多種因素的影響。地應力狀態是其中一個關鍵因素，水平主應力差對裂縫起裂壓力有著顯著影響。水平主應力差越大，裂縫起裂壓力越高。這是因為在較大的水平主應力差作用下，巖石在最小主應力方向上所受到的約束更強，需要更高的壓力才能使其破裂。巖石的力學性質也不容忽視，巖石的彈性模量、泊松比、抗拉強度等參數都會影響裂縫起裂壓力。彈性模量較高的巖石，其抵抗變形的能力較強，裂縫起裂壓力相對較高；而泊松比則影響巖石在受力時的橫向變形，進而影響裂縫起裂壓力。巖石的抗拉強度直接決定了裂縫起裂所需的最小壓力，抗拉強度越高，裂縫起裂壓力越大。裂縫在起裂后，會沿著一定的方向延伸。裂縫的延伸方向主要受地應力狀態控制，通常情況下，裂縫會沿著最大水平主應力方向延伸。這是因為在最大水平主應力方向上，巖石所受到的應力相對較小，裂縫擴展的阻力也較小。然而，當儲層中存在天然裂縫、層理等弱面時，裂縫的延伸方向可能會發生改變。當水力裂縫遇到天然裂縫時，如果天然裂縫的方向與水力裂縫的延伸方向夾角較小，且天然裂縫的強度較低，水力裂縫可能會沿著天然裂縫繼續延伸；如果夾角較大，水力裂縫可能會穿過天然裂縫，或者在天然裂縫處發生轉向，形成復雜的裂縫形態。層理的存在也會對裂縫延伸產生影響，由于層理面的力學性質相對較弱，裂縫在遇到層理時，容易沿著層理面擴展，導致裂縫延伸方向發生改變。裂縫延伸過程中，還會受到多種因素的影響。壓裂液的性質是一個重要因素，壓裂液的黏度、濾失性等會影響裂縫的擴展速度和形態。黏度較高的壓裂液，其攜砂能力較強，但在裂縫中的流動阻力也較大，可能會導致裂縫擴展速度較慢；而濾失性較大的壓裂液，會使裂縫中的液體流失較快，降低裂縫內的壓力，從而影響裂縫的延伸。施工參數如注入速率、排量等也會對裂縫延伸產生影響。較高的注入速率和排量可以增加裂縫內的壓力，促進裂縫的擴展，但如果注入速率過快，可能會導致裂縫過度擴展，甚至出現裂縫失控的情況。3.2復雜縫網形成機制3.2.1天然裂縫與水力裂縫的相互作用在多韻律鹽間頁巖油儲層中，天然裂縫廣泛發育，其與水力裂縫的相互作用是復雜縫網形成的關鍵因素之一。當水力裂縫在擴展過程中遇到天然裂縫時，會出現多種擴展模式，主要包括穿過、轉向、分叉等，每種模式對復雜縫網的形成都有著獨特的影響。水力裂縫穿過天然裂縫是一種常見的擴展模式。當水力裂縫的擴展能量足夠強大，且天然裂縫的力學性質與周圍巖石差異較小時，水力裂縫可能會直接穿過天然裂縫繼續擴展。在這種情況下，水力裂縫的擴展方向基本保持不變，只是在穿過天然裂縫時，可能會受到天然裂縫內流體壓力、填充物等因素的影響，導致裂縫寬度和擴展速度發生一定變化。如果天然裂縫內存在高壓流體，水力裂縫在穿過時可能會受到流體的沖擊，使得裂縫寬度瞬間增大；而如果天然裂縫內填充有低滲透物質，如泥質、灰質等，水力裂縫的擴展速度可能會減慢。水力裂縫穿過天然裂縫雖然能夠在一定程度上增加裂縫的長度，但對縫網復雜性的增加相對有限。水力裂縫遇到天然裂縫時發生轉向也是一種重要的擴展模式。當天然裂縫的方向與水力裂縫的擴展方向夾角較大，且天然裂縫的強度相對較弱時，水力裂縫往往會沿著天然裂縫的方向發生轉向。這是因為在這種情況下，沿著天然裂縫擴展所需的能量相對較小，裂縫更容易在天然裂縫處發生偏轉。水力裂縫的轉向會改變其原有的擴展路徑，使得裂縫網絡在空間上呈現出更為復雜的形態。在某一區域，水力裂縫原本沿著最大水平主應力方向擴展，當遇到一條與該方向夾角為60°的天然裂縫時，水力裂縫可能會沿著天然裂縫轉向，從而形成一個復雜的折線形裂縫形態，增加了縫網的復雜性。水力裂縫的轉向還可能引發分支裂縫的產生，進一步增加縫網的復雜程度。分叉現象也是水力裂縫與天然裂縫相互作用時常見的擴展模式。當水力裂縫遇到天然裂縫時，在裂縫尖端的應力集中作用下，可能會產生新的分支裂縫。這些分支裂縫通常沿著天然裂縫的方向或者在天然裂縫與水力裂縫的夾角范圍內擴展。分叉現象的發生使得裂縫網絡從單一的主裂縫擴展模式轉變為多分支裂縫模式，極大地增加了縫網的復雜性。在一些情況下，一條水力裂縫在遇到天然裂縫后，可能會產生多條分支裂縫，這些分支裂縫相互交織，形成一個復雜的裂縫網絡，增加了儲層的滲流面積和連通性。天然裂縫的密度、方向和連通性對復雜縫網的形成有著顯著影響。天然裂縫密度越高，水力裂縫在擴展過程中遇到天然裂縫的概率就越大，從而更容易形成復雜縫網。當天然裂縫密度較大時，水力裂縫可能會頻繁地與天然裂縫相互作用，發生轉向、分叉等現象，使得裂縫網絡更加復雜。天然裂縫的方向也很關鍵，當天然裂縫的方向與最大水平主應力方向夾角較大時，更容易促使水力裂縫發生轉向和分叉，增加縫網的復雜性。天然裂縫的連通性越好，水力裂縫在擴展過程中越容易沿著天然裂縫網絡延伸，形成更大范圍的復雜縫網。如果天然裂縫之間相互連通，形成了一個完整的網絡結構，水力裂縫在遇到其中一條天然裂縫后，就可以沿著整個天然裂縫網絡擴展，從而形成更為復雜的裂縫網絡。3.2.2巖石力學性質對縫網形成的影響巖石力學性質是影響多韻律鹽間頁巖油儲層水力壓裂復雜縫網形成的重要因素之一，其中巖石脆性、彈性模量、泊松比等參數對裂縫擴展和復雜縫網的形成具有關鍵作用。巖石脆性是衡量巖石在受力時發生破裂的難易程度的重要指標。脆性較高的巖石在水力壓裂過程中更容易形成復雜縫網。這是因為脆性巖石內部存在較多的微裂紋和缺陷，在壓裂液壓力的作用下，這些微裂紋和缺陷容易擴展并相互連通，形成宏觀裂縫。脆性巖石的抗壓強度相對較低，在較小的壓力作用下就可能發生破裂，使得裂縫更容易起裂和擴展。在多韻律鹽間頁巖油儲層中，富含石英、長石等脆性礦物的巖石，其脆性較高，在水力壓裂時更容易形成復雜縫網。當壓裂液注入這類巖石中時，巖石內部的微裂紋會迅速擴展，形成大量的分支裂縫，從而增加縫網的復雜性。巖石脆性還會影響裂縫的形態和擴展方向。脆性巖石中的裂縫往往呈現出不規則的形狀，且擴展方向較為隨機，這是由于巖石內部的微裂紋分布不均勻，導致裂縫在擴展過程中受到的阻力不一致，從而形成不規則的裂縫形態。彈性模量是巖石抵抗彈性變形的能力的度量。彈性模量對裂縫擴展和復雜縫網形成有著重要影響。彈性模量較高的巖石，其抵抗變形的能力較強，裂縫擴展相對較困難。在水力壓裂過程中，需要更高的壓力才能使彈性模量高的巖石破裂并形成裂縫。一旦裂縫形成，由于巖石的彈性模量較高，裂縫的寬度相對較大，且擴展速度相對較慢。這是因為彈性模量高的巖石在受力時，其內部的應力分布較為均勻，裂縫擴展時受到的阻力較大，所以裂縫寬度較大，但擴展速度較慢。彈性模量高的巖石在裂縫擴展過程中，裂縫的穩定性較好，不容易發生轉向和分叉，使得縫網相對較為簡單。而彈性模量較低的巖石，裂縫擴展相對容易，更容易形成復雜縫網。彈性模量低的巖石在受力時，其內部的應力容易集中在局部區域，導致裂縫在擴展過程中容易發生轉向和分叉，形成復雜的裂縫網絡。泊松比反映了巖石在受力時橫向變形與縱向變形的比值。泊松比對裂縫擴展和復雜縫網形成也有重要作用。泊松比越大，巖石在受力時的橫向變形越大，這會導致裂縫在擴展過程中更容易發生轉向和分叉。當巖石受到壓裂液的壓力作用時，泊松比大的巖石會在橫向方向上產生較大的變形，使得裂縫在擴展過程中受到的側向力增大，從而容易發生轉向和分叉。在多韻律鹽間頁巖油儲層中，泊松比較大的巖石，在水力壓裂時更容易形成復雜縫網。泊松比還會影響裂縫的寬度和高度。泊松比大的巖石，在裂縫擴展過程中，裂縫的寬度和高度會相對較大。這是因為泊松比大的巖石在受力時，其橫向變形較大，使得裂縫在橫向和縱向方向上都更容易擴展，從而導致裂縫的寬度和高度增大。3.2.3地應力狀態對縫網形成的影響地應力狀態是控制多韻律鹽間頁巖油儲層水力壓裂裂縫擴展和復雜縫網形成的關鍵因素之一，其中地應力差和地應力方向對裂縫擴展和復雜縫網的形成具有重要影響。地應力差是指最大水平主應力與最小水平主應力之間的差值。地應力差對裂縫擴展和復雜縫網形成有著顯著影響。當水平主應力差較小時，水力裂縫更容易發生轉向和分叉，形成復雜的裂縫網絡。這是因為在較小的水平主應力差條件下，巖石在不同方向上的受力差異較小，裂縫在擴展過程中更容易受到其他因素（如天然裂縫、層理等）的影響，從而發生轉向和分叉。在某一區域，水平主應力差為5MPa，水力裂縫在擴展過程中遇到天然裂縫時，由于水平主應力差較小，裂縫更容易沿著天然裂縫發生轉向，并產生分支裂縫，形成復雜的裂縫網絡。較小的水平主應力差還會使得裂縫在擴展過程中受到的約束較小，裂縫的擴展方向更加靈活，有利于形成復雜縫網。當水平主應力差較大時，裂縫則傾向于沿著最大水平主應力方向延伸，形成較為單一的裂縫形態。在水平主應力差較大的情況下，巖石在最大水平主應力方向上的受力遠大于其他方向，裂縫在擴展過程中受到的干擾較小，因此更容易沿著該方向延伸。在某一區域，水平主應力差為15MPa，水力裂縫在擴展過程中主要沿著最大水平主應力方向延伸，形成一條較為筆直的主裂縫，縫網相對較為簡單。水平主應力差還會影響裂縫的起裂壓力和擴展速度。水平主應力差越大，裂縫的起裂壓力越高，擴展速度越慢。這是因為水平主應力差的增大使得巖石在最小主應力方向上所受到的約束更強，需要更高的壓力才能使巖石破裂形成裂縫，且在裂縫擴展過程中，水平主應力差會對裂縫產生一定的阻力，導致裂縫擴展速度減慢。地應力方向也對裂縫擴展和復雜縫網形成有著重要影響。裂縫通常會沿著最大水平主應力方向擴展。在多韻律鹽間頁巖油儲層中，準確確定最大水平主應力方向對于優化水力壓裂設計至關重要。如果射孔方位與最大水平主應力方向夾角過大，會增加裂縫的起裂壓力，影響裂縫的擴展效果。在進行水力壓裂時，將射孔方位設計為與最大水平主應力方向夾角較小的方向，可以降低裂縫的起裂壓力，促進裂縫的擴展，有利于形成復雜縫網。地應力方向的變化還會導致裂縫擴展方向的改變，增加縫網的復雜性。在構造活動強烈的區域，地應力方向可能會發生變化，使得裂縫在擴展過程中不斷改變方向，形成復雜的裂縫網絡。四、影響復雜縫網形成的因素4.1地質因素4.1.1巖性非均質性多韻律鹽間頁巖油儲層巖性復雜多樣，不同巖性的巖石力學性質存在顯著差異，這使得巖性非均質性對裂縫擴展和復雜縫網形成具有重要影響。在儲層中，泥質白云巖、云/灰質泥巖、鈣芒硝充填云質泥巖等巖性呈韻律性互層分布。泥質白云巖脆性相對較高，其彈性模量一般在20-40GPa之間，泊松比在0.2-0.3之間。在水力壓裂過程中，由于其脆性較高，當受到壓裂液壓力作用時，容易產生微裂紋并擴展，形成裂縫。這些裂縫在擴展過程中，遇到相鄰的云/灰質泥巖時，由于云/灰質泥巖的彈性模量（一般在15-30GPa之間，泊松比在0.25-0.35之間）和力學性質與泥質白云巖不同，裂縫會受到阻礙，從而發生轉向或分叉。這種轉向和分叉現象使得裂縫網絡更加復雜，增加了儲層的滲流面積和連通性。鈣芒硝充填云質泥巖由于其特殊的礦物組成和結構，力學性質更為復雜。鈣芒硝的硬度較高，且具有一定的溶解性，在壓裂液的作用下，可能會發生溶解，導致巖石內部結構發生變化。當裂縫擴展到鈣芒硝充填云質泥巖區域時，由于鈣芒硝的存在，裂縫可能會受到更大的阻力，或者沿著鈣芒硝與云質泥巖的界面發生擴展，形成復雜的裂縫形態。在一些儲層中，鈣芒硝充填云質泥巖呈薄層狀分布，裂縫在穿過這些薄層時，會多次發生轉向和分叉，進一步增加了縫網的復雜性。不同巖性的分布規律對裂縫擴展也有重要影響。當不同巖性的巖層呈薄互層分布時，裂縫在擴展過程中會頻繁地遇到不同力學性質的界面，這使得裂縫更容易發生轉向和分叉，有利于復雜縫網的形成。而當巖性分布較為均一，厚層狀的單一巖性較多時，裂縫則更傾向于沿著一個方向延伸，縫網相對較為簡單。在某一區域的多韻律鹽間頁巖油儲層中，泥質白云巖和云/灰質泥巖呈薄互層分布，平均單層厚度在0.5-2m之間，在水力壓裂過程中，裂縫在擴展過程中頻繁地在兩種巖性之間轉換，形成了復雜的裂縫網絡；而在另一區域，泥質白云巖呈厚層狀分布，單層厚度達到5-10m，裂縫在該區域主要沿著泥質白云巖的層面延伸，縫網相對較為簡單。4.1.2天然裂縫發育程度天然裂縫在多韻律鹽間頁巖油儲層中廣泛發育，其發育程度對水力壓裂復雜縫網的形成起著關鍵作用。天然裂縫的密度是影響復雜縫網形成的重要因素之一。天然裂縫密度通常用單位面積內的裂縫條數或裂縫長度來表示。在儲層中，當天然裂縫密度較高時，水力裂縫在擴展過程中更容易遇到天然裂縫。當水力裂縫與天然裂縫相交時，由于天然裂縫的存在，改變了裂縫尖端的應力分布，使得水力裂縫更容易發生轉向和分叉。在某一儲層區域，天然裂縫密度達到10條/m2以上，水力裂縫在擴展過程中與天然裂縫頻繁相交，導致裂縫多次轉向和分叉，形成了復雜的裂縫網絡。而在天然裂縫密度較低的區域，水力裂縫遇到天然裂縫的概率較小，縫網相對較為簡單。天然裂縫的長度也會影響復雜縫網的形成。較長的天然裂縫能夠為水力裂縫提供更大的擴展空間和導向作用。當水力裂縫遇到長天然裂縫時，可能會沿著天然裂縫的方向延伸較長距離，同時在延伸過程中產生分支裂縫，增加縫網的復雜性。在某一儲層中，存在一些長度超過10m的天然裂縫，水力裂縫在遇到這些長天然裂縫后，沿著天然裂縫方向延伸，并在周圍產生了多條分支裂縫，形成了復雜的裂縫網絡。而較短的天然裂縫對水力裂縫的擴展影響相對較小，可能只是導致水力裂縫在局部發生較小的轉向。天然裂縫的方向與水力裂縫擴展方向的夾角對復雜縫網形成也有重要影響。當夾角較小時，水力裂縫更容易沿著天然裂縫的方向擴展，形成較為連續的裂縫形態；而當夾角較大時，水力裂縫在遇到天然裂縫時，更容易發生轉向和分叉，形成復雜的裂縫網絡。在某一區域，天然裂縫方向與水力裂縫擴展方向夾角大多在45°-90°之間，水力裂縫在遇到天然裂縫時，頻繁發生轉向和分叉，形成了復雜的縫網；而在另一區域，夾角大多在0°-30°之間，水力裂縫更多地沿著天然裂縫方向延伸，縫網相對較為簡單。天然裂縫的連通性對復雜縫網的形成也至關重要。連通性好的天然裂縫能夠形成一個完整的網絡結構，水力裂縫在遇到其中一條天然裂縫后，可以沿著整個天然裂縫網絡擴展，從而形成更大范圍的復雜縫網。如果天然裂縫之間相互連通，形成了一個四通八達的網絡，水力裂縫在進入這個網絡后，會不斷地在不同方向上擴展，形成復雜的裂縫網絡。而連通性差的天然裂縫，水力裂縫只能在局部與天然裂縫相互作用，縫網的復雜性相對較低。4.1.3巖石力學參數巖石力學參數如彈性模量、泊松比、抗壓強度等對多韻律鹽間頁巖油儲層水力壓裂裂縫擴展和復雜縫網形成具有重要作用。彈性模量是衡量巖石抵抗彈性變形能力的重要參數。在多韻律鹽間頁巖油儲層中，不同巖性的彈性模量存在差異。一般來說，彈性模量較高的巖石，其抵抗變形的能力較強，裂縫擴展相對較困難。當彈性模量較高時，在水力壓裂過程中，需要更高的壓力才能使巖石破裂形成裂縫。一旦裂縫形成，由于巖石的彈性模量較高，裂縫在擴展過程中受到的阻力較大，擴展速度相對較慢。但同時，較高的彈性模量也使得裂縫在擴展過程中更加穩定，不容易發生過度的轉向和分叉，縫網相對較為規則。在某一儲層區域，巖石的彈性模量達到40GPa以上，水力裂縫在擴展過程中需要較高的壓力才能起裂，且擴展速度較慢，形成的縫網相對較為規則，分支裂縫較少。彈性模量較低的巖石，裂縫擴展相對容易。在較低的壓力作用下，巖石就可能發生破裂形成裂縫，且裂縫在擴展過程中受到的阻力較小，擴展速度較快。彈性模量低的巖石在裂縫擴展過程中，由于其抵抗變形的能力較弱，裂縫更容易受到其他因素（如天然裂縫、層理等）的影響，從而發生轉向和分叉，形成復雜的裂縫網絡。在另一儲層區域，巖石的彈性模量在20GPa以下，水力裂縫在擴展過程中容易起裂，且擴展速度較快，遇到天然裂縫或層理時，容易發生轉向和分叉，形成復雜的裂縫網絡。泊松比反映了巖石在受力時橫向變形與縱向變形的比值。泊松比對裂縫擴展和復雜縫網形成也有重要影響。泊松比越大，巖石在受力時的橫向變形越大。在水力壓裂過程中，較大的橫向變形會導致裂縫在擴展過程中更容易發生轉向和分叉。當巖石受到壓裂液的壓力作用時，泊松比大的巖石會在橫向方向上產生較大的變形，使得裂縫在擴展過程中受到的側向力增大，從而容易發生轉向和分叉。在多韻律鹽間頁巖油儲層中，泊松比較大的巖石，在水力壓裂時更容易形成復雜縫網。泊松比還會影響裂縫的寬度和高度。泊松比大的巖石，在裂縫擴展過程中，裂縫的寬度和高度會相對較大。這是因為泊松比大的巖石在受力時，其橫向變形較大，使得裂縫在橫向和縱向方向上都更容易擴展，從而導致裂縫的寬度和高度增大。抗壓強度是巖石抵抗壓縮破壞的能力。在水力壓裂過程中，巖石需要承受壓裂液的壓力，抗壓強度較高的巖石，在相同的壓力作用下，更不容易發生破裂。抗壓強度高的巖石在裂縫起裂時，需要更高的壓力，這使得裂縫起裂難度增加。一旦裂縫起裂，由于巖石的抗壓強度較高，裂縫在擴展過程中受到的阻力也較大，擴展速度相對較慢。較高的抗壓強度也使得巖石在裂縫擴展過程中更加穩定，不容易發生過度的變形和破壞，有利于形成較為規則的縫網。在某一儲層中，巖石的抗壓強度達到100MPa以上，水力裂縫在起裂時需要較高的壓力，且擴展速度較慢，形成的縫網相對較為規則。抗壓強度較低的巖石，在水力壓裂過程中更容易發生破裂。較低的抗壓強度使得裂縫起裂相對容易，在較低的壓力作用下，巖石就可能發生破裂形成裂縫。裂縫在擴展過程中受到的阻力較小，擴展速度較快。抗壓強度低的巖石在裂縫擴展過程中，由于其抵抗破壞的能力較弱，裂縫更容易受到其他因素的影響，從而發生轉向和分叉，形成復雜的裂縫網絡。在另一儲層中，巖石的抗壓強度在50MPa以下，水力裂縫在起裂時壓力較低，擴展速度較快，遇到天然裂縫或層理時，容易發生轉向和分叉，形成復雜的裂縫網絡。4.2工程因素4.2.1壓裂液性質壓裂液作為水力壓裂過程中的關鍵流體，其性質對裂縫擴展和復雜縫網形成有著至關重要的影響。壓裂液的黏度是一個關鍵參數，它直接關系到壓裂液的攜砂能力和在裂縫中的流動性能。一般來說，黏度較高的壓裂液具有較強的攜砂能力，能夠有效地將支撐劑輸送到裂縫深處。這是因為較高的黏度使得壓裂液與支撐劑之間的摩擦力增大，從而能夠更好地攜帶支撐劑。在使用陶粒等密度較大的支撐劑時，需要較高黏度的壓裂液來確保支撐劑能夠均勻地分布在裂縫中。高黏度壓裂液在裂縫中的流動阻力也較大，這會導致裂縫擴展速度相對較慢。由于流動阻力大，壓裂液需要更高的壓力才能在裂縫中流動，從而限制了裂縫的擴展速度。在某些情況下，過高的黏度還可能導致壓裂液在裂縫中形成堵塞，影響裂縫的進一步擴展。黏度較低的壓裂液，其流動阻力較小，能夠在較低的壓力下快速流動，有利于裂縫的快速擴展。在一些脆性較高、裂縫容易起裂和擴展的儲層中，使用低黏度壓裂液可以充分利用儲層的特性，使裂縫迅速擴展，形成復雜的縫網。低黏度壓裂液的攜砂能力相對較弱，在輸送支撐劑時可能會出現支撐劑沉降、分布不均勻等問題。為了解決這一問題，通常需要在低黏度壓裂液中添加特殊的添加劑，如增黏劑、懸浮劑等，以提高其攜砂能力。壓裂液的表面張力也是影響裂縫擴展的重要因素。表面張力較低的壓裂液更容易進入巖石的孔隙和微裂縫中，降低巖石的抗拉強度，從而促進裂縫的起裂和擴展。當壓裂液的表面張力較低時，它能夠更好地浸潤巖石表面，減小巖石與壓裂液之間的界面張力，使得壓裂液能夠更容易地滲透到巖石內部，削弱巖石的內部結構，降低其抗拉強度，使得裂縫更容易起裂。表面張力還會影響壓裂液在裂縫壁面的附著和流動，進而影響裂縫的擴展形態。如果表面張力過大，壓裂液可能會在裂縫壁面形成較大的附著力，阻礙裂縫的擴展；而表面張力過小，壓裂液可能會在裂縫中形成不穩定的流動，導致裂縫擴展不均勻。壓裂液的濾失性對裂縫擴展和復雜縫網形成也有重要影響。濾失性是指壓裂液在壓力作用下從裂縫中向周圍巖石孔隙中滲透的能力。濾失性較大的壓裂液，在裂縫擴展過程中會快速地向周圍巖石孔隙中濾失，導致裂縫內的壓力迅速降低，從而影響裂縫的擴展。當壓裂液的濾失性過大時，裂縫內的壓力難以維持在較高水平，裂縫擴展速度會減慢，甚至可能導致裂縫閉合。濾失性過大還會使壓裂液中的支撐劑無法有效地輸送到裂縫深處，影響裂縫的支撐效果。濾失性較小的壓裂液能夠保持裂縫內的壓力穩定，有利于裂縫的持續擴展。在一些儲層中，通過添加降濾失劑等添加劑，降低壓裂液的濾失性，可以使裂縫在擴展過程中保持較高的壓力，從而形成更長、更寬的裂縫。濾失性過小也可能會導致一些問題，如壓裂液在裂縫中積聚過多，增加了施工壓力，甚至可能引發井壁失穩等安全問題。4.2.2支撐劑類型與參數支撐劑在水力壓裂中起著支撐裂縫、防止裂縫閉合的關鍵作用，其類型與參數對裂縫支撐和復雜縫網穩定性有著重要影響。支撐劑的粒徑是一個重要參數，不同粒徑的支撐劑在裂縫中的分布和導流能力不同。一般來說，粒徑較大的支撐劑能夠形成較高的導流能力，因為大粒徑支撐劑之間的孔隙較大，有利于流體的流動。在一些滲透率較低的儲層中，使用大粒徑支撐劑可以有效地提高裂縫的導流能力，促進頁巖油的流動。大粒徑支撐劑在裂縫中的沉降速度較快，容易在裂縫底部堆積，導致支撐劑分布不均勻。在使用大粒徑支撐劑時，需要確保壓裂液具有足夠的攜砂能力，以保證支撐劑能夠均勻地分布在裂縫中。粒徑較小的支撐劑則具有更好的填充性，能夠填充裂縫中的微小孔隙和縫隙，提高裂縫的密封性。在一些裂縫較為復雜、孔隙結構細小的儲層中，使用小粒徑支撐劑可以更好地適應裂縫的形態，提高裂縫的支撐效果。小粒徑支撐劑的導流能力相對較低，因為小粒徑支撐劑之間的孔隙較小，流體在其中的流動阻力較大。在實際應用中，常常采用不同粒徑支撐劑混合使用的方式，以兼顧支撐劑的填充性和導流能力。將大粒徑支撐劑和小粒徑支撐劑按照一定比例混合，可以使支撐劑在裂縫中形成更加合理的分布，既保證了裂縫的導流能力，又提高了裂縫的密封性。支撐劑的強度也是影響裂縫支撐效果的重要因素。強度較高的支撐劑能夠承受較大的閉合壓力，在裂縫閉合時不易破碎，從而保持裂縫的導流能力。在深層頁巖油儲層等閉合壓力較高的情況下，需要使用高強度的支撐劑，如陶粒等。陶粒支撐劑具有較高的抗壓強度和抗破碎能力，能夠在高閉合壓力下穩定地支撐裂縫，保證裂縫的導流能力。強度較低的支撐劑在高閉合壓力下容易破碎，破碎后的支撐劑會降低裂縫的導流能力，甚至可能堵塞裂縫，影響頁巖油的開采。在選擇支撐劑時，需要根據儲層的閉合壓力等條件，合理選擇支撐劑的強度。支撐劑的圓球度對裂縫支撐和復雜縫網穩定性也有影響。圓球度較高的支撐劑在裂縫中能夠更好地滾動和排列，形成更加穩定的支撐結構。這是因為圓球度高的支撐劑在受力時，力的分布更加均勻，不容易發生滑動和位移。在裂縫受到閉合壓力作用時，圓球度高的支撐劑能夠更好地抵抗壓力，保持裂縫的張開狀態。圓球度高的支撐劑之間的接觸面積較小，流體在其中的流動阻力也較小，有利于提高裂縫的導流能力。而圓球度較低的支撐劑，在裂縫中容易發生堆積和架橋現象，導致支撐結構不穩定，影響裂縫的支撐效果。在一些對裂縫支撐穩定性要求較高的儲層中，應優先選擇圓球度高的支撐劑。4.2.3施工參數施工參數在水力壓裂復雜縫網形成過程中扮演著關鍵角色，其對裂縫的擴展和延伸具有重要影響，進而決定了復雜縫網的最終形態和效果。施工排量作為一個關鍵的施工參數，對裂縫擴展有著顯著的影響。較高的施工排量能夠在短時間內為裂縫提供大量的壓裂液，從而增加裂縫內的壓力。當裂縫內壓力升高時，裂縫擴展的驅動力增大，使得裂縫能夠更快速地擴展。在一些儲層中，通過提高施工排量，可以使裂縫迅速延伸，形成更長、更寬的裂縫。較高的施工排量還可以促進裂縫的分叉和轉向。當大量的壓裂液快速注入裂縫時，裂縫尖端的應力分布會發生變化，導致裂縫更容易在不同方向上擴展，從而增加了裂縫網絡的復雜性。如果施工排量過高，可能會導致裂縫擴展失控，出現裂縫過度延伸、破裂地層等問題。在實際施工中，需要根據儲層的地質條件、巖石力學性質等因素，合理選擇施工排量。泵注壓力同樣對裂縫擴展和復雜縫網形成有著重要作用。泵注壓力必須超過地層的破裂壓力，才能使地層巖石破裂形成裂縫。在裂縫形成后，泵注壓力的大小直接影響著裂縫的擴展速度和形態。當泵注壓力較高時，裂縫內的壓力也相應較高，裂縫擴展速度加快。較高的泵注壓力還可以克服巖石的阻力，使裂縫能夠穿過一些較為堅硬的巖石區域，增加裂縫的延伸長度。如果泵注壓力過高，可能會導致裂縫寬度過大，甚至出現裂縫穿透上下隔層的情況，影響儲層的完整性和開采效果。相反，泵注壓力過低，則可能無法使裂縫充分擴展，導致裂縫長度和寬度不足，影響復雜縫網的形成。在施工過程中，需要實時監測泵注壓力，并根據實際情況進行調整，以確保裂縫能夠按照預期的方式擴展。射孔方式對復雜縫網形成也有著重要影響。不同的射孔方式會導致裂縫的起裂位置和擴展方向不同。定向射孔可以使裂縫在特定的方向上起裂，有利于控制裂縫的擴展方向。在已知最大水平主應力方向的情況下，采用定向射孔，將射孔方向與最大水平主應力方向一致，可以使裂縫沿著最大水平主應力方向擴展，提高裂縫的有效性。射孔密度和射孔間距也會影響裂縫的擴展和復雜縫網的形成。射孔密度過大，可能會導致裂縫之間相互干擾，形成復雜的裂縫網絡，但也可能會增加施工成本和難度；射孔密度過小，則可能無法形成足夠數量的裂縫，影響儲層的改造效果。射孔間距過大，裂縫之間的連通性可能較差，不利于形成復雜縫網；射孔間距過小，裂縫之間可能會相互重疊，導致部分裂縫無效。在選擇射孔方式和參數時，需要綜合考慮儲層的地質條件、地應力狀態等因素，以優化復雜縫網的形成。五、復雜縫網形成的實驗與模擬研究5.1室內物理模擬實驗5.1.1實驗設計與裝置為了深入研究多韻律鹽間頁巖油儲層水力壓裂復雜縫網的形成機理，精心設計并構建了一套模擬實驗裝置。該裝置主要由加載系統、注液系統、數據采集系統以及模型制備系統等部分組成。加載系統采用高精度的三軸加載設備，能夠精確模擬儲層在地下所承受的地應力狀態。該設備可以在三個方向上施加不同大小的壓力，模擬垂直主應力、最大水平主應力和最小水平主應力。通過調節加載系統的參數，可以實現對不同地應力差和地應力方向的模擬。加載系統的壓力控制精度可達±0.1MPa，能夠滿足實驗對高精度地應力模擬的需求。注液系統由高壓泵、壓裂液儲罐、流量控制閥等組成，其作用是將壓裂液以設定的流量和壓力注入到實驗模型中。高壓泵能夠提供穩定的高壓輸出，最大工作壓力可達50MPa，流量調節范圍為0.1-5L/min。通過流量控制閥，可以精確控制壓裂液的注入速率，以研究不同注入速率對裂縫擴展和復雜縫網形成的影響。壓裂液儲罐采用耐腐蝕材料制成，能夠儲存不同類型的壓裂液，滿足實驗對多種壓裂液性質研究的需求。數據采集系統包括壓力傳感器、位移傳感器、高速攝像機等設備。壓力傳感器安裝在注液系統和實驗模型中，實時監測壓裂液的注入壓力和模型內部的壓力變化。壓力傳感器的精度為±0.01MPa，能夠準確捕捉壓力的微小變化。位移傳感器用于測量模型在加載和注液過程中的變形情況，其精度可達±0.01mm。高速攝像機則用于記錄裂縫的起裂、擴展和復雜縫網的形成過程，拍攝幀率最高可達1000幀/秒，能夠清晰地捕捉裂縫擴展的瞬間細節。模型制備系統用于制作模擬多韻律鹽間頁巖油儲層的實驗模型。實驗模型采用相似材料制作，以確保模型的物理性質和力學性質與實際儲層相似。相似材料的選擇基于對儲層巖性、礦物組成和力學性質的分析，通過調整材料的配方和制作工藝，使模型的彈性模量、泊松比、抗壓強度等參數與實際儲層接近。在制作過程中，采用分層澆筑的方法，模擬多韻律鹽間頁巖油儲層的巖性韻律性互層分布。每層的厚度和材料組成根據實際儲層的特征進行設計，以保證模型能夠準確反映儲層的地質特征。實驗方案設計涵蓋多個關鍵因素，旨在全面研究這些因素對復雜縫網形成的影響。考慮不同的地應力狀態，設置了多種水平主應力差和地應力方向組合。設置水平主應力差分別為5MPa、10MPa、15MPa，最大水平主應力方向與模型軸向的夾角分別為0°、30°、60°、90°，以研究地應力狀態對裂縫擴展方向和復雜縫網形成的影響。選擇不同類型的壓裂液，包括滑溜水、胍膠壓裂液等，并調整壓裂液的黏度、表面張力、濾失性等參數。研究滑溜水在不同降阻劑濃度下的性能變化，以及胍膠壓裂液在不同交聯比下的流變性能，分析壓裂液性質對裂縫擴展和復雜縫網形成的影響。還設置了不同的施工參數，如注入速率、排量、砂比等。注入速率分別設置為1L/min、2L/min、3L/min，排量分別為10m3、20m3、30m3，砂比分別為10%、20%、30%，研究這些施工參數對裂縫擴展和復雜縫網形成的影響。在每個實驗工況下，進行多次重復實驗，以確保實驗結果的可靠性和準確性。每次實驗后，對實驗模型進行詳細的觀察和分析，包括裂縫的形態、長度、寬度、數量等參數的測量，以及裂縫網絡的連通性和復雜程度的評估。5.1.2實驗結果與分析通過室內物理模擬實驗，獲得了豐富的數據和直觀的裂縫擴展圖像，對這些實驗結果進行深入分析，有助于揭示多韻律鹽間頁巖油儲層水力壓裂復雜縫網的形成規律。在不同地應力狀態下，裂縫擴展形態呈現出明顯的差異。當水平主應力差較小時，如5MPa，裂縫更容易發生轉向和分叉，形成復雜的裂縫網絡。在這種情況下，裂縫在擴展過程中受到的各向異性應力影響較小，更容易受到天然裂縫、層理等弱面的影響。當裂縫遇到天然裂縫時，由于水平主應力差較小，裂縫更容易沿著天然裂縫發生轉向，并產生分支裂縫。實驗觀察到，在水平主應力差為5MPa的工況下，裂縫網絡呈現出樹枝狀分布，分支裂縫較多，縫網的復雜程度較高。而當水平主應力差較大時，如15MPa，裂縫則傾向于沿著最大水平主應力方向延伸，形成較為單一的裂縫形態。在較大的水平主應力差作用下，裂縫在最大水平主應力方向上的擴展阻力較小，更容易沿著該方向延伸。在水平主應力差為15MPa的工況下，裂縫主要沿著最大水平主應力方向呈直線狀擴展，分支裂縫較少，縫網相對較為簡單。地應力方向對裂縫擴展方向也有重要影響。裂縫通常會沿著最大水平主應力方向擴展。當最大水平主應力方向與模型軸向的夾角為0°時，裂縫沿著模型軸向擴展；當夾角為30°時，裂縫在擴展過程中逐漸向最大水平主應力方向偏轉。實驗結果表明，在設計水力壓裂方案時，準確確定最大水平主應力方向，并將射孔方位與最大水平主應力方向一致，有利于控制裂縫的擴展方向，提高裂縫的有效性。不同壓裂液性質對裂縫擴展和復雜縫網形成也有顯著影響。黏度較高的壓裂液，如胍膠壓裂液，具有較強的攜砂能力，但裂縫擴展速度相對較慢。這是因為高黏度壓裂液在裂縫中的流動阻力較大，需要更高的壓力才能推動其流動。在實驗中，使用胍膠壓裂液時，裂縫擴展較為緩慢，但支撐劑能夠均勻地分布在裂縫中，有利于提高裂縫的導流能力。而黏度較低的壓裂液，如滑溜水，裂縫擴展速度較快，但攜砂能力相對較弱。在使用滑溜水進行實驗時，裂縫能夠快速擴展，但支撐劑容易沉降，導致裂縫底部的支撐劑濃度較高，而頂部的支撐劑濃度較低。壓裂液的表面張力和濾失性也會影響裂縫擴展。表面張力較低的壓裂液更容易進入巖石的孔隙和微裂縫中，促進裂縫的起裂和擴展。濾失性較大的壓裂液，在裂縫擴展過程中會快速地向周圍巖石孔隙中濾失，導致裂縫內的壓力迅速降低，影響裂縫的擴展。施工參數對裂縫擴展和復雜縫網形成同樣具有重要作用。較高的注入速率能夠增加裂縫內的壓力，促進裂縫的擴展。在實驗中，當注入速率從1L/min提高到3L/min時，裂縫擴展速度明顯加快，裂縫長度和寬度也有所增加。較高的注入速率還可能導致裂縫擴展失控，出現裂縫過度延伸、破裂地層等問題。施工排量和砂比也會影響裂縫的擴展和復雜縫網的形成。較大的施工排量能夠提供更多的壓裂液，有利于裂縫的擴展；而砂比的增加則可以提高裂縫的支撐效果，但過高的砂比可能會導致砂卡等問題。通過對實驗結果的分析，驗證了之前理論分析的結果。地應力狀態、巖石力學性質、壓裂液性質和施工參數等因素對多韻律鹽間頁巖油儲層水力壓裂復雜縫網的形成具有重要影響。這些實驗結果為進一步優化水力壓裂設計提供了實驗依據，有助于提高多韻律鹽間頁巖油儲層的開采效率。5.2數值模擬研究5.2.1數值模擬方法與模型建立在多韻律鹽間頁巖油儲層水力壓裂復雜縫網形成的研究中，數值模擬是一種重要的手段。常用的數值模擬方法包括有限元法、離散元法等，每種方法都有其獨特的優勢和適用范圍。有限元法是一種廣泛應用的數值模擬方法，它將連續的求解區域離散為有限個單元，通過對每個單元的分析和求解，最終得到整個區域的數值解。在水力壓裂數值模擬中，有限元法能夠較好地處理復雜的幾何形狀和邊界條件，精確地計算巖石的應力、應變和位移等物理量。在模擬多韻律鹽間頁巖油儲層的水力壓裂過程時，有限元法可以將儲層劃分為多個單元，考慮不同巖性的力學性質差異，以及地應力、壓裂液壓力等因素的作用，準確地模擬裂縫的起裂和擴展過程。有限元法還可以方便地與其他物理場進行耦合，如滲流場、溫度場等，從而更全面地研究水力壓裂過程中的多物理現象。離散元法主要用