通常情況下，巖石裂隙的滲透率要比完整巖石的滲透率高2至3個數(shù)量級。在非常規(guī)油氣儲層開發(fā)和二氧化碳地質(zhì)封存過程中，裂隙滲透率不僅會影響地質(zhì)能源的開發(fā)效率，還決定了蓋層的泄露風(fēng)險。根據(jù)以往的實驗研究，裂隙滲透率的大小受有效法向應(yīng)力、剪切變形以及巖石類型的影響。另外，相較于平整的鋸切裂隙，通過巴西劈裂方式得到的張拉裂隙更能代表自然界中的巖石裂隙。然而，不同有效法向應(yīng)力下張拉裂隙滲透率隨剪切位移的演化機理仍不明確，需要進一步的實驗研究。

　　針對這一問題，中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所二氧化碳地質(zhì)封存組研究人員以砂巖和頁巖張拉裂隙為代表，利用自行研發(fā)的L型剪切滲流試驗裝置，開展了不同有效法向應(yīng)力條件下的剪切實驗，并在不同剪切位移處測量了裂隙的氣體滲透率。實驗結(jié)果表明：在峰值剪應(yīng)力前，砂巖裂隙的氣體滲透率隨剪切應(yīng)力的增大而降低，而頁巖裂隙的氣體滲透率在彈性加載階段幾乎保持不變，隨后增大（圖1）；當(dāng)剪切應(yīng)力幾乎保持不變時，砂巖和頁巖裂隙的氣體滲透率隨剪切位移的演化均表現(xiàn)出對有效正應(yīng)力的依賴性（圖1）；砂巖和頁巖裂隙氣體滲透率隨剪切位移的不同演化趨勢可能是由裂隙面上不同的局部變形破壞模式導(dǎo)致的。通過對實驗后的樣品進行CT掃描，發(fā)現(xiàn)所有測試樣品的最終裂隙體積與最終氣體滲透率呈正相關(guān)（圖2）；另外，砂巖和頁巖裂隙面的局部粗糙度表現(xiàn)出相反的演化趨勢，且砂巖裂隙面的磨損面積要大于頁巖裂隙面（圖3）。 

　　該研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃項目（2019YFE0100100）、國家自然科學(xué)基金項目（41972316）及中國博士后科學(xué)基金項目（2020M671675）的共同資助。相關(guān)研究成果以“Comparison of shear-induced gas transmissivity of tensile fractures in sandstone and shale under varying effective normal stresses”為題發(fā)表于Journal of Natural Gas Science and Engineering。 

　　論文鏈接：https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1875510021004170 

圖1 剪應(yīng)力、法向變形和裂隙滲透率隨剪切位移的演化關(guān)系

圖2 實驗后砂巖和頁巖裂隙的CT掃描圖 

圖3 磨損面積比和有效法向應(yīng)力的關(guān)系 

（文/圖 二氧化碳地質(zhì)封存組）