流量控制式脉动水力压裂裂缝扩展特征试验研究
李全贵1
王明杰1
余旭2
倪冠华3
宋明洋1
程志恒4
孙万杰1
陈亮4
赵政舵1
1.重庆大学煤矿灾害动力学与控制全国重点实验室,重庆 400044;重庆大学资源与安全学院,重庆 4000442.中国矿业大学安全工程学院,江苏 徐州 2211003.山东科技大学安全与环境工程学院,山东 青岛 2665904.华北科技学院矿山安全学院,河北 廊坊 065201
摘要：脉动水力压裂技术在瓦斯抽采、页岩气开发及地热开发等储层改造领域中展现出起裂压力低、缝网复杂等优势.目前,通过控制流量实现脉动水力载荷输出是工程中的常用方法,但其裂缝扩展机制还不够明确.为此,以砂岩试件为对象,开展了真三轴流量控制式脉动水力压裂试验,分析了泵注频率和泵注速率对泵注压力、声发射能量、裂缝断裂类型及宏观破裂形态特征的影响.结果表明:流量控制式脉动水力压裂的起裂压力、跌落压力及起裂瞬态能量随泵注频率及泵注速率的增加而增大,裂缝扩展面积随泵注频率的增大而减小,随泵注速率的增大而先增大再减小.相较于常规水力压裂,其声发射能量更密集,起裂压力更低,起裂压力最大降低了 21.9%,剪切裂纹占比增加5.6%～17.8%,裂缝扩展面积最大增加2.3倍.其脉动水力载荷变化复杂,起裂阶段表现为固定频率、升压力均值和幅值的坡形载荷,裂缝扩展时为固定压力上限、频率和幅值的水平循环形载荷;压力上限、下限和均值与泵注频率及泵注速率呈正相关,压力幅值与泵注频率呈负相关,随泵注频率的增大而先增大再减小.输出的脉动水力载荷类型不同,压裂产生的裂缝扩展特征差异明显.为了提高压裂效果,压裂参数设计要保证输出的脉动水力载荷具有足够的强度和幅值.
关键词：脉动水力压裂流量控制脉动载荷特征值能量响应裂缝断裂类型
分类号：TD713(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52474210)
论文发表日期：2025-02-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 178-189 )
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