摘要
页岩气是一种主要赋存于页岩中的非常规天然气，我国页岩气分布广，总量多，具有很大的开发潜能。与常规天然气储层相比，页岩储层是低孔、低渗的致密储层，通常无自然产能，需要对储层进行大规模体积压裂改造，以形成具有高导流能力的“人工”裂缝网络，从而获得经济有效的页岩气产量，因此，研究裂缝网络导流能力规律具有重要的意义。由于各级裂缝纵横交错以及裂缝网络结构的不同，多裂缝导流能力评价难度大，单一裂缝的理论和实验模型难以直接运用。而对于缝网导流能力问题的研究较少，大多利用分支裂缝的数量和位置构建不同的简单几何形态（如T型、F型、十字型、丰型等）的物理模型和现有的实验设备（API）开展实验研究，均忽略了裂缝交叉角度以及轴压（分支裂缝闭合应力）对多裂缝导流能力的影响，并且只研究了主、分支裂缝铺置浓度相等的情况。无论压裂裂缝网络多么复杂，其都可以被分为两部分：单裂缝和裂缝交叉区域。作为一种最基本的裂缝交叉单元，“Y”型交叉裂缝的渗流特征直接影响复杂裂缝网络渗流特性的准确性。因此为了能更深入地研究页岩缝网导流能力，开展考虑不同裂缝交叉角度和轴压（分支裂缝闭合应力）以及主、分支裂缝铺置浓度不同对于“Y”型交叉裂缝导流能力影响的研究，主要成果如下： 1.首先，基于四川大学TOP超低渗岩石力学综合实验系统，设计了一套可以加载三向应力的导流能力测试装置，有效测试了页岩单裂缝导流能力影响规律。对实验结果分析可得：不同铺砂浓度下单缝导流能力随闭合应力的变化趋势根据铺置方式的不同分为了两类；在低闭合应力下，单层铺置方式的单裂缝导流能力是高于部分多层铺置方式的，但是单层铺置单裂缝导流能力随着闭合应力增大而下降的幅度会更大；在支撑剂多层铺置方式下，铺置浓度越大，支撑单裂缝导流能力也越大，且低压下的增幅更明显； 2.然后，通过室内导流能力实验研究了闭合应力、有无支撑剂、支撑剂铺置浓度、主/分支裂缝铺置浓度不同对页岩“Y”型交叉裂缝导流能力的影响，实验结果表明：在其它条件相同的情况下，支撑“Y”型交叉裂缝的导流能力均高于单裂缝，且增幅在18.02%-30.62%；交叉角度并不影响支撑“Y”型交叉裂缝导流能力随闭合应力增大而减小的趋势以及降幅，但是，支撑“Y”型交叉裂缝导流能力随交叉角度的增大而减小，这种减小量并不随闭合应力的增大而有明显变化；支撑“Y”型交叉裂缝导流能力随铺置浓度的增大而增大，并且增幅和单裂缝相近，且支撑“Y”型交叉裂缝导流能力随闭合应力增大而减小的过程也和相同铺置浓度单裂缝具有相似的趋势；当主、分支裂缝铺置浓度不同时，对支撑“Y”型交叉裂缝闭合应力-导流能力曲线趋势起控制作用的是导流能力更大的那条单裂缝，而并不一定是主裂缝，当主裂缝铺置浓度相同时，支撑“Y”型交叉裂缝导流能力的大小就取决于分支裂缝导流能力的大小，基本规律为分支裂缝导流能力越大的支撑“Y”型交叉裂缝导流能力也会越大。 3.最后，基于C-K公式，根据单裂缝导流能力的实验结果，建立了考虑支撑剂嵌入、变形、破碎等因素的单裂缝导流能力理论模型，在此基础上，基于受三向地应力作用的物理模型并结合裂缝进出口流量相等和达西定律等流体力学基本理论，最终建立了考虑交叉角度的支撑“Y”型交叉裂缝导流能力理论计算模型。用相对误差和均方根误差分析了支撑“Y”型交叉裂缝导流能力理论模型的精度，结果表明：支撑“Y”型交叉裂缝导流能力理论模型结果与实验数据能较好的吻合，相对误差在2.39%-17.20%范围内，均方根误差在7.70%-11.38%范围内。并且支撑“Y”型交叉裂缝导流能力理论模型结果分析表明：①当轴压大于围压时，首先，不同交叉角度“Y”型交叉裂缝导流能力均随轴压的增大而减小，且随交叉角度的增大其降幅也增大，其次，支撑“Y”型交叉裂缝导流能力随交叉角度的增大而减小，且降幅随着轴压的增大而增大。②当轴压小于围压时，首先，不同交叉角度支撑“Y”型交叉裂缝导流能力均随围压的增大而减小，且随交叉角度的增大其降幅是减小的，其次，支撑“Y”型交叉裂缝导流能力随交叉角度的增大而增大，且增幅随着围压的增大而增大，但是围压的影响远大于轴压。
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