甲烷燃爆压裂技术的实验研究
江堃
邓守春
李海波
中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点室验室,湖北武汉 430071;中国科学院大学,北京 100049
摘要：页岩气资源的高效开发事关我国现代化建设全局,承担着助力"双碳"目标实现的重要使命.鉴于水力压裂耗水量大以及压裂液造成地层不可逆污染,寻求一种更为科学绿色的压裂技术已成为国内外专家研究的热点.提出了采用甲烷原位燃爆压裂技术开发页岩气的新思路,该技术利用电火花点火使储层甲烷与泵入的助燃剂发生燃爆,依靠瞬间产生的高压冲击储层岩石进行压裂,使储层产生一定规模且不受地应力控制的复杂裂缝网络.其优势在于可以防止地层污染,减少地面运输费用,有望成为一种高效、环保的低成本无水压裂技术.利用自主设计的包括致裂装置、气体充装、点火控制和数据采集系统在内的甲烷燃爆压裂实验系统开展了大尺寸物模(φ2.0 m× 1.5 m)的地面压裂实验,记录了致裂管内空腔压力和井壁压力时程曲线,并与爆炸压裂、水力压裂的井筒压力和成缝特征进行对比.结果表明:燃爆过程中管内膛压峰值为495.18 MPa,是充注压力的82.5倍;试样破碎度低且粉碎区小,主裂缝为7～9条,缝宽在厘米级;甲烷燃爆压裂致裂能量充足、影响范围大、对井筒的损害程度可由充注压力控制;与爆炸压裂和水力压裂相比,该技术拥有更长的高压作用时间,更有利于裂缝起裂扩展,裂缝数量多于水力压裂,长度优于爆炸压裂,可获得最佳压裂效果.通过实验研究记录了高初始压力下甲烷-氧气混合物发生燃爆达到的峰值压力和升压速率,验证了甲烷原位燃爆压裂技术开发页岩气的可行性,可为该技术未来的实际应用提供数据参考和技术指导.
关键词：页岩气开发甲烷燃爆压裂裂缝形态物模实验压裂技术
分类号：TE377(油气田开发与开采)
资助基金：国家重点研发计划(2020YFA0711802)国家自然科学基金(NSFC-U22A20239)
论文发表日期：2023-12-28
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：11( 4297-4307 )
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