甲烷燃爆载荷下页岩裂缝网络发育特征与定量分析

作者：柴亚博; 罗宁^*; 张浩浩; 李鹏龙; 周嘉楠; 廖禹成

来源：煤炭学报, 2023, 48(12): 4308-4321.

DOI：10.13225/j.cnki.jccs.ZC23.1161

• 甲烷原位燃爆技术
• 燃爆压裂
• 地应力
• 裂缝网络

甲烷原位燃爆压裂技术是利用页岩储层原位解析的甲烷气体与人工注入的助燃剂混合燃爆，从而压裂页岩储层形成可供甲烷气体运移的有效裂缝网络的变革性技术。利用自主研发的燃爆系统，获得甲烷-氧气燃爆压力曲线特征，结合理论模型和数值模拟方法研究了甲烷-氧气燃爆压力载荷作用下深部页岩射孔孔道周围有效裂缝网络的发育特征，并对其进行了定量分析。研究结果表明：初始应力条件对岩体应力分布状态具有明显的影响，更大的初始应力偏差导致更高的应力集中；甲烷-氧气燃爆压力的平均升压时间为85μs；初始地应力对裂纹网络的发育具有明显的抑制作用，各向同性初始应力条件下，裂纹发育均匀呈圆形辐射状，而各向异性时，裂缝更倾向于更高初始应力方向生长，且倾向程度弱于爆炸压裂；燃爆压裂能够有效减小燃爆破碎区域面积，更有利于形成更多、更长径向裂缝；燃爆峰值压力增高对于径向裂缝末端的环向裂缝生长具有促进作用，更有利于沟通储层内天然裂缝构造复杂裂缝网络；甲烷-氧气燃爆载荷下，页岩破裂(有效裂缝)和破碎损伤阈值Ds分别选取为0.15、0.70，裂缝发育率Ps与损伤阈值Ds间数学表达近似为幂函数；E-10、E-40、E-80工况条件下的有效裂缝发育率分别为18.92%、14.11%、8.85%，燃爆峰值压力的增高能够明显促进有效裂缝发育率的增加，促进形成高度复杂裂缝网络。

• 单位
  土木工程学院; 中国矿业大学（北京）; 中国矿业大学; 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室