声发射技术在岩石剪切方面的应用

一、单位信息

中国石油大学

二、案例摘要

水力压裂模拟实验中，对水力裂缝的监测和识别是研究储层裂缝形态的基础。利用室内大尺寸真三轴水力压裂物理模拟装置对300 mm × 300 mm × 300 mm 立方体页岩试样开展体积压裂实验，建立多通道声发射实验监测系统，在试样两个对称侧面布置声发射探头，采集实验过程中裂缝破裂时的声波信号，对裂缝缝网形成过程进行三维动态实时跟踪，可以明确水力裂缝起裂和裂缝扩展形态; 再结合声发射计数曲线和泵压曲线可以实时监测水力裂缝 不同扩展阶段，判别水力裂缝与天然裂缝相互沟通过程。

三、仪器通道数

8通道声发射系统

四、实验过程

结合现场测试数据，采用相似准则模拟不同深度地层的压裂实验，3 块岩样的室内水力压裂实验参数见表 2，采用模拟大排量 ( 0. 326 mL / s) 压裂岩石至破裂，水力压裂实验采 用的压裂液是现场所用的滑溜水压裂液体系，包括降阻剂、破胶剂、杀菌剂和防水锁剂，其中添加少量示踪剂。

五、数据处理与分析

压裂后的页岩/水力压裂泵压曲线

试样损伤三维定位/试样压裂的压力-时间-声发射计数曲线

六、结论

(1)页岩地层的水力裂缝在穿透天然裂缝时的转向过程和主裂缝动态分叉是使整体裂缝形态变得复杂的主要因素。

(2)页岩试样压裂时，泵压曲线在达到峰值压力前出现波动，这是由于水力裂缝首先开启井筒周围天然裂缝; 而在达到峰值压力后出现波动则与压裂后沟通天然裂缝的规模相关

(3)AE 点积累事件数上升趋势与泵压升高相对应，AE 积累事件数的峰值点出现在泵压达到峰值破裂压力前，表明此时岩石内部已经出现很多微观裂缝，产生微破裂现象，峰值压力点是微观裂缝突然贯通形成宏观裂缝的表象

(4)在水力裂缝起裂扩展的方向上声发射点集中，而沿着天然裂缝扩展方向上的信号比较微弱，在压裂前对岩石进行 CT 扫描重构试样内部天然裂缝，结合声发射监测结果会提高页岩网络裂缝预测精度。