页岩油储层的开发往往需要通过水力压裂进行储层改造,然而由于其产量递减迅速,目前,在吉木萨尔页岩油储层试验开展簇内暂堵形式的重复压裂改造:首先对储层进行初次压裂,紧随其后通过暂堵的方式封堵优势裂缝,最后进行重复压裂以提高储层改造效果。在现场实践中,有些井取得了较好的生产效果,但是有些井的生产效果并未达预期,归根结底是对重复压裂裂缝扩展的规律认识不清。本文基于吉木萨尔地区露头岩心,自行设计了重复压裂物理模拟实验,并对重复压裂裂缝的扩展规律进行了力学机理研究。主要研究内容如下:(1)针对重复压裂裂缝形态扩展机理与规律不明确的问题,设计了大尺寸真三轴水力压裂物理模拟实验。自行设计了能够实现重复压裂的模拟井筒,针对吉木萨尔页岩油储层露头岩心开展了重复压裂实验研究。发现在一定起裂间距范围内,重复压裂裂缝与初始裂缝的起裂间距较小时会靠近初始裂缝扩展;起裂间距较大时,重复压裂裂缝会背离初始裂缝扩展;随着起裂间距的继续增大,重复压裂裂缝受到初始裂缝的影响会减小。注入排量增大会减弱重复压裂裂缝的转向,同时会增加重复压裂裂缝长度。压裂液黏度增大会降低重复压裂裂缝的长度。(2)基于物理模拟实验数据,利用课题组自行开发的扩展有限元模型,深入分析和研究了重复压裂裂缝扩展时受到的力学干扰机理。定量分析了初始裂缝的存在对地应力场、重复压裂裂缝缝尖孔隙压力分布、屈服应力分布等的干扰情况,并揭示了重复压裂裂缝与初始裂缝起裂间距、注入排量和压裂液黏度等因素对重复压裂裂缝扩展形态的作用规律。(3)通过物模实验结果和力学机理分析明确了重复压裂裂缝的扩展规律,并以此为基础针对吉木萨尔页岩油储层某水平井开展了重复压裂优化设计。以重复压裂裂缝的缝长为优化原则,确定了合适的起裂间距、施工排量和压裂液黏度等参数;并且分析了不同起裂位置下的重复压裂裂缝长度,认为初始裂缝和第一条重复压裂裂缝中间起裂第二条重复压裂裂缝可以获得更好的改造效果。本文的研究为页岩油储层重复压裂施工的设计提供了理论支撑,为后续页岩油储层压裂改造提供了研究思路和方法。