张玉等：复杂应力路径下裂隙泥岩渗透演化规律试验研究 905· 呈次棱角状，存在泥化现象.岩样微孔隙裂隙分布 Apply axial pressure 广泛，填隙物均匀分布于碎屑间隙中，此外，岩样 孔隙率为102%，属小孔隙率泥岩. 将泥岩岩样制备为Φ50mm×100mm的圆柱状 Apply confining 试样.鉴于泥岩油气藏裂隙系统的复杂性，采用劈 pressure 五 0五 裂方法获取岩样内随机裂隙分布（图1）.泥岩劈裂 强度为2.15MPa;对R1、R2岩样分别施加50%和 Axial strain 75%的劈裂强度，达到预定荷载后，维持压力2min measurement 后卸载，得到随机裂隙泥岩岩样 Lateral strain Rock measurement (a) (b) Flow Apply pore measurement Mudstone pressure sample 图2渗透性测试装置 Fig.2 Permeability testing equipment 岩土材料孔隙渗流符合层流运动：但岩石裂 隙分布复杂，且具有强导水能力，故高渗压作用下 裂隙主导裂隙泥岩内的渗流运动状态.渗透水为 R2 不可压缩流体，且不考虑泥岩颗粒膨胀的基础上， Feldspar 在渗透压差和渗流速度达到稳定时，测试得到裂 隙泥岩渗透压差和渗流速度基本呈线性关系（图3）： elds pa 由此认为流体在裂隙泥岩中的渗流规律可视为低 渗流速度的层流运动，渗透率可基于达西定律计算： K=HLV (1) Perpendicular polarized light Plane polarized light A△p△t 图1裂隙泥岩岩样制备.(a)岩样劈裂试验：(b)裂隙泥岩岩样：(c)微 式中：K为岩样的渗透率，m2;V为△r时间渗流流体 观结构光学薄片鉴定，颗粒粒径：石英(0.02~015mm),长石 流入体积，m3:为水的动力黏滞系数，20℃时为 (0.02~0.1mm).其他(0.02-0.5mm) 1×103Pas:L为岩石的高度，m;△r为时间，s;A为 Fig.1 Preparation of fractured mudstone sample:(a)mudstone sample splitting test,(b)fractured mudstone sample;(c)photomicrographs of 岩样的横截面面积，m2;△p岩样两端渗透压差，Pa thin sections of microstructure,particle size:quartz(0.02-015 mm), feldspar (0.02-0.1 mm),others (0.02-0.5 mm) 2裂隙泥岩渗透性演化规律试验 1.2试验方法 2.1围压递增条件下渗透性测试 渗透性测试均在岩石全自动流变伺服仪上完 首先对裂隙泥岩开展了围压递增条件下渗透 成（图2），该设备安装有渗透压泵，可施加恒定的 性测试（图4）：该阶段R1和R2岩样的初始渗透率 渗透压力，1轴向压力采用流量加载控制，加载 分别为4.19×1019m2和2.37×107m2(围压3.8MPa、 速率为0.1 mL min.鉴于稳态法测量岩石渗透率 渗透压力3.5MPa).裂隙是流体流动的主要通道. 精度达10~9m42,故采用该方法开展裂隙泥岩单 围压增加导致裂隙宽度降低，逐渐压密闭合，引起 试样-复杂应力路径加卸载过程中的渗透性测试， 渗透率明显减小：渗透率随围压增加呈指数关系 流体介质为蒸馏水（室温20℃时的物理性质）.复 降低（图5）.加载初期，裂隙宽度减小速率较大， 杂应力路径测试方案依次包括：()围压递增条件 渗透率显著降低：随着围压增加，渗透率降低速率 下渗透性测试；（渗透压力递增条件下渗透性测 逐渐减小并趋于稳定.围压增加至6.3MPa时，R1 试；()偏应力循环加卸载条件下渗透性测试；（ⅳ） 和R2岩样渗透率降低率分别达23%和38%.R1 围压、偏应力同步增长条件下渗透性测试 和R2岩样的平均渗透率降低速率为0.19×10-9m/呈次棱角状，存在泥化现象. 岩样微孔隙裂隙分布 广泛，填隙物均匀分布于碎屑间隙中. 此外，岩样 孔隙率为 10.2%，属小孔隙率泥岩. 将泥岩岩样制备为 ϕ50 mm×100 mm 的圆柱状 试样. 鉴于泥岩油气藏裂隙系统的复杂性，采用劈 裂方法获取岩样内随机裂隙分布（图 1）. 泥岩劈裂 强度为 2.15 MPa；对 R1、R2 岩样分别施加 50% 和 75% 的劈裂强度，达到预定荷载后，维持压力 2 min 后卸载，得到随机裂隙泥岩岩样. (a) Mudstone sample R1 R2 Plane polarized light (b) Perpendicular polarized light Quartz Feldspar Mud (c) Mud Feldspar Quartz 图 1    裂隙泥岩岩样制备. （a）岩样劈裂试验；（b）裂隙泥岩岩样；（c）微 观 结 构 光 学 薄 片 鉴 定 ,  颗 粒 粒 径 ： 石 英 （ 0.02～ 015  mm） ， 长 石 （0.02～0.1 mm），其他（0.02~0.5 mm） Fig.1    Preparation of fractured mudstone sample: (a) mudstone sample splitting  test;  (b)  fractured  mudstone  sample;  (c)  photomicrographs  of thin  sections  of  microstructure,  particle  size:  quartz  (0.02 –015  mm), feldspar (0.02–0.1 mm), others (0.02–0.5 mm) 1.2    试验方法 渗透性测试均在岩石全自动流变伺服仪上完 成（图 2），该设备安装有渗透压泵，可施加恒定的 渗透压力[10,13] . 轴向压力采用流量加载控制，加载 速率为 0.1 mL·min−1 . 鉴于稳态法测量岩石渗透率 精度达 10−19 m 2[12] ，故采用该方法开展裂隙泥岩单 试样−复杂应力路径加卸载过程中的渗透性测试， 流体介质为蒸馏水（室温 20 ℃ 时的物理性质）. 复 杂应力路径测试方案依次包括: (i) 围压递增条件 下渗透性测试；(ii) 渗透压力递增条件下渗透性测 试；(iii) 偏应力循环加卸载条件下渗透性测试；(iv) 围压、偏应力同步增长条件下渗透性测试. Rock sample Axial strain measurement Apply confining pressure Apply axial pressure Lateral strain measurement Flow measurement Apply pore pressure 图 2    渗透性测试装置 Fig.2    Permeability testing equipment 岩土材料孔隙渗流符合层流运动；但岩石裂 隙分布复杂，且具有强导水能力，故高渗压作用下 裂隙主导裂隙泥岩内的渗流运动状态. 渗透水为 不可压缩流体，且不考虑泥岩颗粒膨胀的基础上， 在渗透压差和渗流速度达到稳定时，测试得到裂 隙泥岩渗透压差和渗流速度基本呈线性关系（图 3）； 由此认为流体在裂隙泥岩中的渗流规律可视为低 渗流速度的层流运动，渗透率可基于达西定律计算： K = µLV A∆p∆t （1） ∆t µ ∆t ∆p 式中：K 为岩样的渗透率，m 2 ；V 为 时间渗流流体 流入体积，m 3 ； 为水的动力黏滞系数，20 ℃ 时为 1×10−3 Pa·s；L 为岩石的高度，m； 为时间，s；A 为 岩样的横截面面积，m 2 ； 岩样两端渗透压差，Pa. 2    裂隙泥岩渗透性演化规律试验 2.1    围压递增条件下渗透性测试 首先对裂隙泥岩开展了围压递增条件下渗透 性测试（图 4）；该阶段 R1 和 R2 岩样的初始渗透率 分别为 4.19×10−19 m 2 和 2.37×10−17 m 2 （围压 3.8 MPa、 渗透压力 3.5 MPa）. 裂隙是流体流动的主要通道， 围压增加导致裂隙宽度降低，逐渐压密闭合，引起 渗透率明显减小；渗透率随围压增加呈指数关系 降低（图 5）. 加载初期，裂隙宽度减小速率较大， 渗透率显著降低；随着围压增加，渗透率降低速率 逐渐减小并趋于稳定. 围压增加至 6.3 MPa 时，R1 和 R2 岩样渗透率降低率分别达 23% 和 38%. R1 和 R2 岩样的平均渗透率降低速率为 0.19×10−19 m 2 / 张    玉等： 复杂应力路径下裂隙泥岩渗透演化规律试验研究 · 905 ·