超临界CO2压裂深部煤体的显微裂缝分布特征及其控制机理
王香增1
吴金桥2
张锋三2
曹文琦2
阎纪伟3
朱帝杰3
1.陕西延长石油(集团)有限责任公司,陕西西安 7100612.陕西延长石油(集团)有限责任公司天然气研究院,陕西西安 7100613.太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室,山西太原 030024
摘要：深部煤层埋深大,煤岩结构致密,裂隙相对不发育,成为制约深部煤层气高效开采的重要因素.水力压裂主要在煤层中形成较宽大的裂缝,而超临界CO2(ScCO2)由于其分子结构较小,黏度低,能够渗透到煤体微纳米尺度的孔裂隙内,从而产生较复杂的显微裂缝网络,有效增加气体运移空间.结合显微CT、声发射仪、形貌扫描仪研究了 ScCO2压裂延安区块深部煤体后显微裂缝的分布特征及扩展规律,获得了不同应力约束条件下煤中压裂裂缝的分布特征,分析了煤体结构、地应力、ScCO2特性等因素对显微裂缝起裂与扩展的控制机理,定量表征了显微裂缝的形貌特征及其非均质性,揭示了显微裂缝扩展与分布的控制机理.研究结果表明,1～3号样的垂向应力差系数(Kv)均为0.4,4号样的Kv为0.6时,1～3号样的破裂压力均在25 MPa附近,而4号样的破裂压力仅为16 MPa,即Kv增加有利于煤体破裂.ScCO2压裂后煤体中显微裂缝发育,其形态复杂且连通性增强,有利于气体运移.ScCO2进入煤体,沿着较大孔裂隙通道逐步进入显微尺度的孔裂隙,随着注入气体量增大,ScCO2对煤体的挤压强度不断提高,煤体先发生显微破裂,随着ScCO2聚集压力增大,煤中裂缝被撑开发生整体破裂.由于ScCO2能够进入不同尺度的煤体内且其分布较均匀,因此形成的裂缝分布范围较广.1～4号样裂缝面的粗糙度分形维数分别为1.915、1.828、1.814和1.797,表明煤体的破裂压力越大,裂缝面的分形维数越高,裂缝的非均质性越强.煤体结构、地应力和ScCO2性质是影响深部煤体压裂裂缝展布的主要因素.研究结果为ScCO2压裂改造深部煤体渗透率提供了指导.
关键词：超临界CO2压裂煤体弱化压裂裂缝扩展特征控制机理
分类号：TD82(矿山开采)TE377(油气田开发与开采)
资助基金：国家自然科学基金(52304100)山西省科技重大专项资助项目(202101080301014)国家自然科学基金(52434005)
论文发表日期：2026-01-31
在线出版日期：2026-03-27（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 181-192 )
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