松辽盆地青山口组页岩作为典型陆相页岩储层,青一段下部到青二段下部整体含油,纹层型、页理型页岩占比超过95%,资源潜力巨大。相比传统页岩油,古龙页岩油特殊性表现为含油性好、流动性强、可压性高等特点,但目前关于页岩储层岩石力学特征及可压性评价、裂缝扩展规律及导流能力评价等方面的研究尚未形成系统认识,亟需解决上述科学问题。本文在综合开展页岩物理力学参数测试的基础上,定量评价各参数对页岩可压性的综合影响,同时结合真三轴大尺寸水力压裂物理模拟试验、CT扫描和三维重构技术,揭示纹层型、页理型页岩的裂缝扩展规律和空间展布形态;此外定量研究不同类型裂缝(主裂缝、分支缝)对导流能力的贡献度,同时结合分形维数,在量化裂缝复杂性的基础上,定量表征导流能力与复杂性的协同性;最后从支撑剂嵌入、闭合压力和粒径组合等因素切入,研究主控因素对导流能力影响,取得以下主要认识结论: (1)古龙页岩矿物成分复杂,主要包括脆性矿物(石英、斜长石、方解石)、黏土矿物(伊利石、绿泥石),脆性指数为56.14,页岩Ⅰ、Ⅱ型断裂韧性分别为0.211、0.416MPa·m^0.5,抗拉强度分别为2.059、4.232 MPa,巴西劈裂表明:高角度抗拉强度>低角度>平行页理面,即高角度页理面抵抗裂缝扩展能力强,裂缝倾向于沿页理面扩展。 (2)三轴压缩页理0°、45°和90°岩样分别发生“挤压”、“挤压+滑移+剪切”和“挤压+拉伸”破坏模式。采用模糊综合决策法,通过构建隶属度函数,定量评价页岩可压性,结果如下:“好”等级占比26%,“较好”等级占比22%,“中等”以上等级达到74%,储层改造潜力巨大。 (3)纹层型页岩裂缝发生“分支+止裂+转向+合并”4种扩展行为,扩展规律可概括为3种组合方式,组合I:分支+转向+合并+止裂,组合Ⅱ:分支+止裂+转向,组合Ⅲ:分支+止裂+合并。页理型页岩裂缝发生“分支+止裂+贯穿+转向+顺延+合并”6种扩展行为,扩展规律可概括为4种组合方式,组合Ⅰ:分支+贯穿+转向+止裂,组合Ⅱ:分支+止裂+贯穿+转向+顺延+合并,组合Ⅲ:分支+止裂,组合IV:分支+止裂+贯穿。 (4)古龙页岩高密度页理缝会吸引分支缝转向,分支缝倾向于沿页理缝扩展,引起主裂缝发生“分支+止裂+贯穿+转向+顺延+合并”扩展行为,裂缝扩展轨迹十分复杂,易形成“丰、爪、镰刀”型等复杂缝网。 (5)纹层型页岩主裂缝、分支缝对导流能力贡献度分别为83.26%、16.74%,导流能力分别为13.12、2.74μm²·cm;页理型页岩主裂缝、分支缝对导流能力贡献度分别为71.06%、28.94%,导流能力分别为10.39、1.94μm²·cm;纹层型、页理型裂缝综合导流能力分别为11.00、8.36μm²·cm。主裂缝导流能力优势源于其高SRV、支撑剂铺置高效,而分支缝受限于渗流阻力大、抗闭合能力弱等特点,使得其导流能力显著较低。 (6)纹层型裂缝复杂性介于1.340~1.526,页理型裂缝复杂性介于1.018~1.643,裂缝导流能力与复杂性呈“倒U”型曲线关系,这说明高密度页理缝是古龙页岩储层改造的一把“双刃剑”,页理缝既会促进裂缝分支和转向、增强缝网的复杂性,又会增加压裂液滤失、导致裂缝提前止裂。 (7)纹层型、页理型导流能力降幅分别是嵌入深度增幅的2.62、3.36倍,导流能力与闭合压力呈显著负相关性,纹层型、页理型1:6:3粒径组合导流能力相比8:2,平均高出25.08%、48.79%。这是由于1:6:3粒径组合可形成“70-140目局部填充+40-70目稳定骨架+20-40目大孔主导”的优化型孔隙结构,有效孔隙体积占比高,导流能力好。