904 工程科学学报，第43卷，第7期 with low velocity.The sample containing more fracture (R2)has a significantly higher permeability and stress sensitivity.The permeability changes with both liquid and confining pressure as a function of positive and negative exponential functions.The increase in deviatoric stress leads to a decrease in permeability,and unloading causes permeability to increase.The whole evolution of permeability is irreversibly reduced.During the increasing confining pressure and deviatoric stress stage,permeability also decreases, and tends to stabilize.Under a confining pressure of 10.3 MPa,permeability remains basically constant.Therefore,based on the double medium model of fracture,the permeability evolution model of fractured rock was proposed considering the interaction among fracture system,matrix system,and the expansion deformation of fracture under external stress.The simulation results of the model are in good agreement with the experimental results.These results can provide an important theoretical basis for the prediction of permeability evolution of fractured mudstone and efficient oil and gas exploitation. KEY WORDS rock mechanics;complex stress paths;fractured mudstone;permeability test;permeability evolution;permeability evolution mechanical model 裂隙是油气储层主要的储集空间及流体运移 力-应变过程中，峰后阶段裂隙快速发展，相关成 通道，其渗透性演化是油气藏储层评价的重要指 果并不多见.于洪丹等对裂隙砂岩开展了加卸 标-水力压裂、酸化增透是提高油气开采效率的 载条件下的渗透性测试，认为加载过程导致渗透 重要技术手段，其主要作用是通过改善裂隙特征提 率下降，渗透率与有效围压呈负指数函数关系：卸 高储层裂隙的导流能力，进而加快油气运移，提高 载过程引起渗透率上升，但回升路径明显低于原 油气开采量6刀.但由于深部油气储层地质环境复 始路径，表明裂隙存在塑性变形.赵延林等认 杂，高地应力和构造应力影响显著，导致造缝后的 为裂隙岩石在全应力一应变过程中的渗透演化规 岩石极易呈现压密、闭合、扩展的现象，结合高流 律可表述为缓慢下降一缓慢增加一快速增长一小 体压力的影响，裂隙的变形破坏机制尤为复杂图 幅度下降4个阶段 鉴于渗透演化规律可从微细观力学角度反映岩石结 裂隙泥岩油气藏是油田勘探、开发的新增重 构压缩闭合、扩展贯通和断裂破坏的全过程-0， 点研究目标作为由泥巴及黏土、石膏固化而 深部储层岩石裂隙率远小于孔隙率，但裂隙渗透率 成的烃源岩，油藏泥岩内部结构较为复杂，裂隙十 远高于孔隙渗透率，故复杂应力路径下裂隙的渗透 分发育20-四高埋深储层在外界施工扰动作用下 演化特性是研究储层岩石油气运移规律的关键山. 将产生应力集中；高应力条件下，泥岩储层裂隙结 作为多孔介质，渗透性是指流体作用下岩石 构会产生明显损伤，渗透性显著改变)然而，目 孔隙和裂隙渗透的能力，是岩石重要的力学特性， 前对造缝后裂隙泥岩渗透性研究鲜有成果，高地 具有应力敏感性)应力加卸载将导致岩石渗透 应力、高流体压力及加卸载等复杂应力路径下的 率产生2~5个数量级的变化，且具有强烈的方向 渗透演化规律研究更是处于空白.鉴于此，本文以 性)因此，复杂应力环境是裂隙岩石渗透性测试 裂隙泥岩为研究对象，单试样-复杂应力路径加卸 必须考虑的因素.应力作用导致裂隙产生压密、 载渗透性演化试验研究基础上，分析了渗透压力、 剪胀和屈服：流体渗流作用于裂纹尖端，引起裂隙 围压及偏应力循环加卸载等对裂隙泥岩渗透率的 宽度和裂隙条数改变，形成动态平衡的渗流通道 影响规律：由此构建了考虑复杂应力路径的裂隙 Lu等测试了含裂隙砂岩和煤岩的渗透性，认为 泥岩渗透率演化力学模型，并开展了模拟研究.相 围压对渗透性演化影响显著.杨金保等6对单裂 关成果可为发展新的渗流理论进而揭示裂隙岩石 隙岩石开展了不同水力梯度下的加卸载渗流试 流体渗流运动形态和规律提供参考 验，发现加载过程中流量与渗透压差呈线性关系， 1随机裂隙泥岩岩样制备及试验方法 但卸载过程中两者呈非线性关系，裂隙渗透性能 恢复具有明显的滞后效应：满轲等刀研究了大尺 1.1岩性分析及岩样制备 度单裂隙花岗岩渗透演化规律，认为裂隙表面粗 深层泥岩整体呈深灰色，砂状结构，块状构 糙度是影响裂隙渗透性的重要因素.但上述研究 造.岩样碎屑物矿物组分质量分数为石英54%和 多集中于规则单裂隙或双裂隙形式的裂隙岩石渗 长石5%；填隙物矿物组分质量分数为泥质物 透性研究，随机分布裂隙岩石渗透性鲜有研究.此 35%、铁质物4%和不透明矿物2%：其中石英呈次 外，现有裂隙岩石渗透性测试多集中在峰前全应 棱角状和次圆状，后期边缘存在重结品现象：长石with  low  velocity.  The  sample  containing  more  fracture  (R2)  has  a  significantly  higher  permeability  and  stress  sensitivity.  The permeability changes with both liquid and confining pressure as a function of positive and negative exponential functions. The increase in  deviatoric  stress  leads  to  a  decrease  in  permeability,  and  unloading  causes  permeability  to  increase.  The  whole  evolution  of permeability is irreversibly reduced. During the increasing confining pressure and deviatoric stress stage, permeability also decreases, and tends to stabilize. Under a confining pressure of 10.3 MPa, permeability remains basically constant. Therefore, based on the double medium model of fracture, the permeability evolution model of fractured rock was proposed considering the interaction among fracture system, matrix system, and the expansion deformation of fracture under external stress. The simulation results of the model are in good agreement  with  the  experimental  results.  These  results  can  provide  an  important  theoretical  basis  for  the  prediction  of  permeability evolution of fractured mudstone and efficient oil and gas exploitation. KEY  WORDS    rock  mechanics； complex  stress  paths； fractured  mudstone； permeability  test； permeability  evolution； permeability evolution mechanical model 裂隙是油气储层主要的储集空间及流体运移 通道，其渗透性演化是油气藏储层评价的重要指 标[1−5] . 水力压裂、酸化增透是提高油气开采效率的 重要技术手段，其主要作用是通过改善裂隙特征提 高储层裂隙的导流能力，进而加快油气运移，提高 油气开采量[6−7] . 但由于深部油气储层地质环境复 杂，高地应力和构造应力影响显著，导致造缝后的 岩石极易呈现压密、闭合、扩展的现象，结合高流 体压力的影响，裂隙的变形破坏机制尤为复杂[8] . 鉴于渗透演化规律可从微细观力学角度反映岩石结 构压缩闭合、扩展贯通和断裂破坏的全过程[9−10] ， 深部储层岩石裂隙率远小于孔隙率，但裂隙渗透率 远高于孔隙渗透率，故复杂应力路径下裂隙的渗透 演化特性是研究储层岩石油气运移规律的关键[11] . 作为多孔介质，渗透性是指流体作用下岩石 孔隙和裂隙渗透的能力，是岩石重要的力学特性， 具有应力敏感性[12] . 应力加卸载将导致岩石渗透 率产生 2～5 个数量级的变化，且具有强烈的方向 性[13] . 因此，复杂应力环境是裂隙岩石渗透性测试 必须考虑的因素. 应力作用导致裂隙产生压密、 剪胀和屈服；流体渗流作用于裂纹尖端，引起裂隙 宽度和裂隙条数改变，形成动态平衡的渗流通道[14] . Liu 等[15] 测试了含裂隙砂岩和煤岩的渗透性，认为 围压对渗透性演化影响显著. 杨金保等[16] 对单裂 隙岩石开展了不同水力梯度下的加卸载渗流试 验，发现加载过程中流量与渗透压差呈线性关系， 但卸载过程中两者呈非线性关系，裂隙渗透性能 恢复具有明显的滞后效应；满轲等[17] 研究了大尺 度单裂隙花岗岩渗透演化规律，认为裂隙表面粗 糙度是影响裂隙渗透性的重要因素. 但上述研究 多集中于规则单裂隙或双裂隙形式的裂隙岩石渗 透性研究，随机分布裂隙岩石渗透性鲜有研究. 此 外，现有裂隙岩石渗透性测试多集中在峰前全应 力−应变过程中，峰后阶段裂隙快速发展，相关成 果并不多见. 于洪丹等[18] 对裂隙砂岩开展了加卸 载条件下的渗透性测试，认为加载过程导致渗透 率下降，渗透率与有效围压呈负指数函数关系；卸 载过程引起渗透率上升，但回升路径明显低于原 始路径，表明裂隙存在塑性变形. 赵延林等[19] 认 为裂隙岩石在全应力−应变过程中的渗透演化规 律可表述为缓慢下降—缓慢增加—快速增长—小 幅度下降 4 个阶段. 裂隙泥岩油气藏是油田勘探、开发的新增重 点研究目标[2,4] . 作为由泥巴及黏土、石膏固化而 成的烃源岩，油藏泥岩内部结构较为复杂，裂隙十 分发育[20−22] . 高埋深储层在外界施工扰动作用下 将产生应力集中；高应力条件下，泥岩储层裂隙结 构会产生明显损伤，渗透性显著改变[23] . 然而，目 前对造缝后裂隙泥岩渗透性研究鲜有成果，高地 应力、高流体压力及加卸载等复杂应力路径下的 渗透演化规律研究更是处于空白. 鉴于此，本文以 裂隙泥岩为研究对象，单试样−复杂应力路径加卸 载渗透性演化试验研究基础上，分析了渗透压力、 围压及偏应力循环加卸载等对裂隙泥岩渗透率的 影响规律；由此构建了考虑复杂应力路径的裂隙 泥岩渗透率演化力学模型，并开展了模拟研究. 相 关成果可为发展新的渗流理论进而揭示裂隙岩石 流体渗流运动形态和规律提供参考. 1    随机裂隙泥岩岩样制备及试验方法 1.1    岩性分析及岩样制备 深层泥岩整体呈深灰色，砂状结构，块状构 造. 岩样碎屑物矿物组分质量分数为石英 54% 和 长 石 5%；填隙物矿物组分质量分数为泥质 物 35%、铁质物 4% 和不透明矿物 2%；其中石英呈次 棱角状和次圆状，后期边缘存在重结晶现象；长石 · 904 · 工程科学学报，第 43 卷，第 7 期