压裂液长时间滞留在储层中导致页岩储层性质改变,影响页岩气安全高效开采。因此,探明压裂液对页岩储层的影响至关重要。本文聚焦黔北安场区块页岩储层,研究了压裂液浸泡前后页岩孔隙结构及微观力学特征,旨在为页岩气的安全高效开采提供理论支撑。研究取得以下主要进展: (1)利用碳硫分析、等效镜质组反射率测定和X射线衍射实验,测定了页岩的矿物成分和地化参数。研究发现,研究区页岩以石英和粘土矿物为主,含有少量碳酸盐及黄铁矿。有机碳含量均超过3.5%,为富有机质页岩,镜质组反射率均大于2.4%,处于过成熟阶段,说明研究区五峰-龙马溪组页岩具有良好的开采潜力。 (2)利用场发射扫描电镜、气体吸附、高压压汞及原子力显微镜实验,对比分析压裂液浸泡前后页岩的孔隙结构特征。结果显示,压裂液浸泡导致粘土矿物膨胀和分散,碳酸盐矿物溶解,而石英矿物基本稳定。孔隙体积和比表面积分别减少17.9%和9.37%,相较于富石英和富有机质页岩,富粘土矿物页岩的孔隙保持较好,这主要是由于粘土矿物水化作用产生新孔隙。分形分析表明,压裂液浸泡后页岩孔隙结构的非均质性增强,且非均质性变化率与粘土矿物含量呈负相关。 (3)采用原子力显微镜峰值力定量纳米制图模式,获取压裂液浸泡前后页岩微观力学特征。压裂液浸泡后,页岩的模量值平均下降42.17%。长英质含量较高的页岩模量值变化较小,晶间基体相及刚性无机相粘附力增加,软有机相粘附力降低。页岩孔隙体积和比表面积变化率与模量值变化率呈负相关。富粘土矿物页岩孔隙维持较好,连通性更优,但压裂液与页岩长期相互作用导致页岩模量值降低,影响支撑剂支撑效果和页岩储层渗透率。在压裂液中添加粘土稳定剂能够有效抑制页岩中的粘土矿物吸水膨胀,较好维持页岩储层力学特性。 (4)基于压裂液对页岩孔隙结构及微观力学的影响分析,结合层次分析法、熵权法和模糊综合评价法,建立页岩储层水力压裂后失稳风险评估模型并进行评估。结果表明,页岩储层水力压裂后失稳风险评价等级为中等,其中压裂液浸泡因素最为突出。因此,页岩气排采过程中维持页岩储层强度对实现页岩气安全高效开采至关重要。