页岩气封存顶板变形破裂的机理与数值模拟

由于页岩气赋存机理的特殊性,页岩气成藏受保存条件及顶板类型的影响。封存顶板岩层对页岩气封盖影响极大。本文对页岩气藏封存顶板的破裂机理进行理论分析,并建立模型对顶板进行数值模拟。顶板岩层破裂与注水压力、岩石抗拉强度、地应力有关。封存顶板的破裂机理为压裂初始阶段,储层膨胀变形,封存顶板受压产生剪切裂纹,压裂液进入顶板,当注水压力小于最小主应力时,岩层发生剪切破裂,注水压力达到最小主应力和地应力之和时,岩石发生剪切破裂和张性破裂,裂缝增加并扩展,形成网状体系。数值模拟结果显示,压裂注水会在储层产生水力破坏区域,注水压力升高,水力破坏区域扩大并相互叠加影响,使得水力破坏集中于中间注水口的上部,当顶板岩层内部出现水力破坏区域时,岩石会发生破裂产生裂缝。在储层压裂的整个过程中,开始1h内,裂缝在储层内发展,顶板保持稳定,空隙水压力和变形很小,顶板岩层底部有少量裂纹。压裂2h,顶板底部裂缝增多,岩石空隙水压力上升,且顶板发生变形,中间变形最为明显。压裂3h,裂缝从顶板底部延伸到上部,岩层内部裂缝快速发育,空隙水压力持续升高,变形加大。数值模拟的结果与破裂机理的分析结果相吻合。