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甲烷燃爆压裂冲击下页岩动态破裂响应规律实验研究 被引量:2
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作者 吴飞鹏 赵志强 +6 位作者 薛海洁 范贤章 陈佳豪 李娜 刘静 郭天魁 曲占庆 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期4284-4296,共13页
甲烷原位燃爆压裂是通过地面投放的助燃剂与地层产出的甲烷气,在页岩气井筒内目标层段原位燃爆,实现强化压裂储层的新技术。其中明确甲烷爆燃压裂中储层岩石动态破坏规律,是确保压裂效果和井身安全工艺设计的基础。基于此,为明确甲烷原... 甲烷原位燃爆压裂是通过地面投放的助燃剂与地层产出的甲烷气,在页岩气井筒内目标层段原位燃爆,实现强化压裂储层的新技术。其中明确甲烷爆燃压裂中储层岩石动态破坏规律,是确保压裂效果和井身安全工艺设计的基础。基于此,为明确甲烷原位燃爆压裂过程中,聚能流体泄入性冲击破岩规律及其主控因素敏感性,借助岩石动态冲击损伤模拟实验装置,针对龙马溪组海相页岩露头,开展拟三轴、真三轴条件下的冲击压裂破岩实验共24组,通过对冲击破岩过程中模拟井眼压力的高频跟踪、压后岩样破裂形态及裂缝面特征观测,分别考察了120~285 MPa理论峰值压力、20.9~131.7 MPa/ms理论加载速率、储层应力与层理方位等对冲击破岩的影响,用铜箔对模拟井眼孔壁密封考察了应力冲击与泄入冲击对岩样破坏形态的影响。结果显示:聚能流体泄入性冲击可形成楔裂效应,降低页岩动态破裂强度,页岩动态强度与升压速率的正相关性弱于纯应力冲击;平行层理页岩、较低的地应力水平,均可减小页岩动态破裂强度;纯应力冲击更易形成复杂缝网,裂缝表面凹凸性强;聚能流体泄入冲击致裂后的裂缝走向平直,且随着升压速率增大,其裂缝条数及复杂程度增加、裂缝面剥离碎裂现象增强;模拟井眼轴线与页岩层理面平行时,压后裂缝面平整、粗糙度小、起伏小;模拟井眼轴线与页岩层理面垂直时,压后裂缝走向曲折、表面起伏大、裂缝网更复杂;页岩水平挤压应力较小,压后裂缝面粗糙,伴随有大量脱落物;随着岩样挤压应力增大,流体楔入基质实现二次冲击的阈值升高,压后页岩脱落物粒径逐渐减小。基于不同参数组合下页岩冲击破坏模式的对比分析表明:甲烷原位燃爆冲击过程是应力冲击与流体泄入性冲击的复合作用,随着冲击升压速率的提升,聚能流体泄入性冲击作用程度逐步加大,压后页岩逐步呈现出应力致裂-流体协同扩缝(27 MPa/ms)、应力致裂-流体冲刷破坏(52 MPa/ms)以及纯应力致裂-流体二次冲击破缝(116 MPa/ms)3种破坏模式;基于实验结果建立的3种破坏模式与加载速率、储层应力的关系图版,用于不同应力条件下甲烷原位燃爆冲击参数的优化设计。 展开更多
关键词 甲烷燃爆压裂 页岩储层 动态破裂 冲击损伤 裂缝扩展
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压裂液高压渗滤对砂岩基质损伤演化的细观力学分析 被引量:2
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作者 吴飞鹏 范贤章 +3 位作者 徐尔斯 杨涛 颜丙富 刘静 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期3238-3248,共11页
水力压裂过程中压裂液在裂缝面的高压渗滤,会引起裂缝两侧孔隙压力场变化,导致岩石力学本构特征发生改变,并进一步影响水力裂缝的动态扩展。采用基于细观断裂的宏观损伤理论,借助直线型滑移裂纹模型,推导了可考虑孔隙内饱和流体压力作... 水力压裂过程中压裂液在裂缝面的高压渗滤,会引起裂缝两侧孔隙压力场变化,导致岩石力学本构特征发生改变,并进一步影响水力裂缝的动态扩展。采用基于细观断裂的宏观损伤理论,借助直线型滑移裂纹模型,推导了可考虑孔隙内饱和流体压力作用的细观裂纹尖端应力强度因子模型;进而建立了饱和岩石应力-应变本构模型,并与室内饱和岩石压缩试验结果进行了对比分析;并利用该本构模型,评价了孔隙压力水平对饱和岩石力学性质和损伤增渗程度的影响规律。结果表明,所建本构模型可较好地表征孔隙压力变化对岩石力学性质的影响规律;岩石基质细观裂纹内的流体压力变化对岩石弹性模量和泊松比影响较小,但会大幅减小岩石开始发生塑性损伤的应力极限,弱化岩石抗压强度,减小裂缝两侧岩石受挤压而发生塑性形变的能量损耗,提高水力压裂能量利用率。压裂过程中裂缝周围的孔隙压力高于一定门限值后,会促进细观裂纹产生非稳态快速扩展,从而促进更多裂纹发生贯通串联,形成复杂裂缝网络,且可提高水力裂缝周围岩石的渗透率。所建立饱和岩石本构模型可为水力压裂引发岩石基质损伤增透的数学模拟提供一定理论支撑。 展开更多
关键词 水力压裂 孔隙压力 应力-应变本构模型 细观裂纹
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