深层页岩超临界CO2前置压裂裂缝扩展机制
敖翔1
赖粮丰1
陆朝晖2
唐鸿坤1
向祖平1
1.重庆科技大学石油天然气学院,重庆 4013312.重庆大学资源及环境科学学院,重庆 400044
摘要：深部页岩处于高温高应力环境,页岩力学性质逐渐由弹脆性向延塑性转化,不利于形成复杂缝网.超临界CO2(下文统一简称为SC-CO2)压裂可使页岩储层更容易形成复杂裂缝,但由于其压缩性与高扩散性导致现有裂缝扩展准则不适用,扩展机制与水力压裂差异大.基于G准则推导弹-塑性剪切模式下的临界能量释放率,结合相场法、流-固耦合原理、Drucker-Prager屈服准则,建立能描述SC-CO2 相变的弹-塑性压裂裂缝扩展的相场演化模型.研究揭示了CO2 的压缩性和高扩散性对裂缝扩展的影响机制,CO2 积累的能量在裂缝扩展过程中得到释放使得CO2 发生相变,而相变的能量给驱动能提供了额外的能量源使裂缝持续扩展.CO2 的高扩散性会使页岩孔隙压力增大,一方面降低有效应力使破裂压力降低,另一方面使拉伸临界失效能降低,使裂缝产生分叉导致裂缝更为复杂;明确了围压对CO2 压裂裂缝扩展的影响机制.在围压较低时,SC-CO2 相变瞬间释放出大量能量且作用范围较为扩散,能量值远远超过了临界能量释放率,导致更加容易产生多分支裂缝;而随着围压的增加,SC-CO2 压裂过程中相变产生的能量逐渐由 1.74×108 J/m3 降低至 1.80×107 J/m3,作用范围受围压的影响逐渐变得单一,且随着临界能量释放率的增大,导致裂缝难以扩展从而产生简单裂缝.明确了相变能量对裂缝扩展的贡献率由34.55%降至1.78%.
关键词：页岩超临界二氧化碳相场法相变驱动能
分类号：TE377(油气田开发与开采)
资助基金：国家自然科学基金(52574037)重庆市自然科学基金面上资助项目(CSTB2022NSCQ-MSX0640)重庆市技术创新与应用发展重点资助项目(CSTB2024TIAD-KPX0086)
论文发表日期：2025-09-27
在线出版日期：2025-10-22（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 4235-4246 )
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