陆相页岩油作为我国“油气增储上产”的战略接替资源,其经济开发对保障能源安全意义重大。近年来,我国陆相页岩油研究取得显著进展,已在松辽盆地、准噶尔盆地等示范区实现水平井分段压裂技术突破,初步形成地质评价与工程改造体系。但由于陆相页岩强非均质性的地质特征,导致裂缝在压裂过程中存在扩展受限的现象。因此,开展陆相页岩油水力压裂射孔参数研究与优化对陆相页岩油高效开发具有重大意义。 本文基于流固耦合和裂缝扩展理论,考虑应力阴影效应和流量自动分配过程,建立一种针对陆相页岩横观各向同性特征水力压裂裂缝竞争扩展的数值模拟方法。通过对大庆古龙页岩的岩心试样开展三轴压缩和巴西劈裂试验,明确页岩破坏和断裂机理,构建陆相页岩横观各向同性本构模型,对后续数值模拟所需模型参数进行标定。通过建立近井筒区域簇内多孔眼裂缝扩展模型,分析孔密、孔数、射孔方向、压裂液排量和粘度对簇内各射孔眼起裂与扩展的影响规律。研究发现,当射孔数低于8孔时,射孔密度对裂缝扩展无较大影响,当射孔数多于8孔时,适度增加孔密可促进裂缝发育,12孔/m为最佳射孔密度;射孔眼起裂开孔率随着射孔数的增加而降低,簇内6孔为最佳射孔数;30°上下定向射孔时裂缝扩展效果最好,为最优射孔方式;当施工排量增加时,射孔眼裂缝起裂开孔率逐渐上升,在现有压裂施工条件下优选大排量;低粘度压裂液会抑制裂缝起裂与扩展,高粘度压裂液促进裂缝穿层扩展,在现有压裂施工条件下优选高粘度压裂液。通过建立远井端分段多簇裂缝竞争扩展模型,分析在两种地层特征下裂缝的扩展机制,同时针对这两种地层特征,以裂缝均衡扩展为目标,优选出簇数和簇间距。研究结果表明,偏塑性地层裂缝偏向横向扩展,不易在垂向扩展,优选出单段簇数为3簇,簇间距15m为最优压裂参数。偏脆性地层裂缝偏向垂向方向延伸扩展,优选出单段簇数为5簇,簇间距10m为最优压裂参数。 本文结合理论研究和数值模拟,揭示陆相页岩油储层近井筒和远井端裂缝扩展机理,对压裂参数进行优化,为陆相页岩油高效开采提供理论支撑和参考依据。