燃爆冲击载荷对页岩储层孔裂隙系统的改造作用特征 被引量：7

1

作者 陈尚斌 罗宁 +6 位作者 翟成 林威 翟潇航 张瑛堃 张宇航 王阳 刘厅 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期869-878,共10页

燃爆压裂是近年提出的一项针对页岩气储层压裂的变革性技术,研究燃爆冲击载荷的改造作用可为燃爆压裂法的应用提供基础依据。选取川南泸州区块龙马溪组一段页岩样品,采用自制的燃爆冲击载荷试验系统开展燃爆冲击实验,用计算机断层扫描仪... 燃爆压裂是近年提出的一项针对页岩气储层压裂的变革性技术,研究燃爆冲击载荷的改造作用可为燃爆压裂法的应用提供基础依据。选取川南泸州区块龙马溪组一段页岩样品,采用自制的燃爆冲击载荷试验系统开展燃爆冲击实验,用计算机断层扫描仪(μ-CT)扫描燃爆前后样品,通过数字图像处理技术提取孔隙并重构,统计孔隙数据获取孔径分布,研究燃爆冲击载荷作用前后孔裂隙系统的变化特征。结果表明:(1)瞬时升温产生的热应力破坏页岩中层理弱介质,使其内部微裂缝失稳、扩展乃至贯通;受燃爆冲击载荷作用影响,页岩中心位置应力集中,应力波冲击使页岩形成多条裂缝,产生大量孔隙;(2)燃爆冲击载荷作用对页岩储层孔裂隙系统的改造显著受层理和微裂缝的影响;层理和微裂缝越发育,改造后形成的裂缝网络越复杂;受黏土矿物等塑性矿物的约束性降低,储层应用范围更广;(3)瞬时升温和燃爆冲击载荷作用对页岩复杂缝网的形成和扩展均有显著促进作用;燃爆冲击载荷作用更加有效地改造页岩储层孔裂隙系统并产生大量连通性孔裂隙,连通性孔隙增加约67%。这一研究从微观层面证实燃爆冲击载荷作用能有效改造页岩储层。 展开更多

关键词 孔裂隙系统 页岩储层 燃爆压裂 燃爆冲击载荷实验 计算机断层扫描(μ-CT)

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燃爆压裂中压挡液柱运动规律的动力学模型 被引量：12

2

作者 吴飞鹏 蒲春生 吴波 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期633-640,共8页

针对燃爆压裂过程中压挡液柱受冲击运动机理的复杂性,假设火药燃气与压挡液柱存在完全气液接触界面,采用拉格朗日的微元分析方法,建立了由连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程组成的压挡液柱运动规律动力学模型,并给出了该模型与火... 针对燃爆压裂过程中压挡液柱受冲击运动机理的复杂性,假设火药燃气与压挡液柱存在完全气液接触界面,采用拉格朗日的微元分析方法,建立了由连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程组成的压挡液柱运动规律动力学模型,并给出了该模型与火药燃爆模型的耦合数值解法。经程序编制和实例计算表明,在综合考虑火药燃气对液柱的宏观推动作用、冲击压缩作用、液柱自身的动能分布及管壁对其摩擦阻力的影响后,火药燃烧过程中气液界面上升高度有限(实例计算不足0.1m),可起到很好的持压作用;但全过程中最高液柱位移较大(18.9m),水力振荡增效作用明显。研究成果对提高燃爆压裂的数值模拟精度具有一定促进作用。 展开更多

关键词 爆炸力学 动力学模型 燃爆压裂 压挡液柱运动 动能分布

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燃爆冲击作用下岩石初始破坏区形成机制与主控因素 被引量：11

3

作者 吴飞鹏 刘洪志 +3 位作者 任杨 蒲春生 何延龙 景成 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期663-669,共7页

为揭示燃爆冲击作用下井周岩石破坏区的形成机制,并分析影响初始破坏区（破碎区和初始裂隙区）的主控因素,开展了两种岩样在不同加载速率下的冲击破坏实验,分析了岩石冲击破坏模式及岩石对加载速率的响应,借助基于Von Mise准则建立的岩... 为揭示燃爆冲击作用下井周岩石破坏区的形成机制,并分析影响初始破坏区（破碎区和初始裂隙区）的主控因素,开展了两种岩样在不同加载速率下的冲击破坏实验,分析了岩石冲击破坏模式及岩石对加载速率的响应,借助基于Von Mise准则建立的岩石冲击破坏的破碎区和初始裂隙区计算模型可知：加载速率低于190GPa/s时,可依据冲击峰值压力引导的应力分布确定破碎区和初始裂隙区作用范围;燃爆压裂在近井地带主要产生破碎区和裂隙区,破碎区直径为井眼直径的1-3倍,初始裂隙区直径为井眼直径的5-7倍;冲击载荷作用下,初始破坏区与加载速率、脆性指数呈正相关,且受脆性指数影响更显著。研究结果可提高对燃爆压裂过程中岩石的破坏模式及其主控因素的认识深度,为燃爆压裂冲击条件设计提供指导。 展开更多

关键词 爆炸力学 脆性指数 加载速率 燃爆压裂 初始破坏区 冲击

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燃爆诱导酸化压裂在川西气井中的先导试验 被引量：8

4

作者 吴飞鹏 蒲春生 +1 位作者 任山 王香增 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期101-103,108,共4页

针对在川西深层致密气藏压裂过程中出现的破裂压力异常高、措施效果不明显、有效期短等问题,提出了燃爆诱导酸化压裂技术。为确定燃爆压裂合理火药量,通过理论分析建立了燃爆压裂设计中高加压速率下岩层破坏强度分析模型和非均匀地应力... 针对在川西深层致密气藏压裂过程中出现的破裂压力异常高、措施效果不明显、有效期短等问题,提出了燃爆诱导酸化压裂技术。为确定燃爆压裂合理火药量,通过理论分析建立了燃爆压裂设计中高加压速率下岩层破坏强度分析模型和非均匀地应力条件下套管极限抗内压计算模型,并对川高561井进行了燃爆诱导酸化压裂的方案设计和现场试验。结果表明:燃爆诱导压裂可有效降低地层破裂压力,酸预处理可进一步改善近井地带渗流通道;燃爆诱导酸化压裂复合技术可有效解决深层致密气藏无法压裂投产的问题,并能大幅度提高此类气藏的单井产能。 展开更多

关键词 深层致密气藏 破裂压力 燃爆压裂 酸化压裂 诱导裂缝

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基于CDEM的页岩甲烷原位燃爆压裂数值模拟 被引量：5

5

作者 王继伟 曲占庆 +3 位作者 郭天魁 陈铭 吕明锟 王旭东 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期106-115,共10页

甲烷原位燃爆压裂是一种利用原位解析的甲烷气体作为爆源的页岩气储层改造方法。基于连续-非连续单元法(CDEM),结合朗道爆源模型和线弹性拉剪复合断裂本构建立甲烷燃爆压裂数值模型。针对页岩气储层开展直井甲烷燃爆压裂数值模拟,分析... 甲烷原位燃爆压裂是一种利用原位解析的甲烷气体作为爆源的页岩气储层改造方法。基于连续-非连续单元法(CDEM),结合朗道爆源模型和线弹性拉剪复合断裂本构建立甲烷燃爆压裂数值模型。针对页岩气储层开展直井甲烷燃爆压裂数值模拟,分析燃爆峰值压力、增压速率、初始最小主应力、应力差以及天然裂缝参数对燃爆裂缝扩展的影响。结果表明:甲烷燃爆压裂在井周形成复杂裂缝,随着峰值压力和增压速率的增大以及初始最小主应力的减小,燃爆裂缝扩展范围会增加,其中峰值压力的影响最显著;在应力差的影响下燃爆裂缝范围偏向最大主应力方向,且应力差越大这种偏差越明显;天然裂缝能够增强燃爆压裂效果,其分布密度越大、缝长越长、与最大主应力方向夹角越小,燃爆裂缝扩展范围越大。 展开更多

关键词 页岩气 燃爆压裂 连续-非连续单元法 数值模拟 天然裂缝 裂缝扩展

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燃爆强加载条件下油井破裂压力试验研究 被引量：8

6

作者 吴飞鹏 蒲春生 +1 位作者 陈德春 谢新秋 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第A02期3430-3434,共5页

针对燃爆压裂设计中难以定量确定强动载条件下破裂压力的问题,利用"岩石动态损伤模拟试验装置"对3种抗拉强度岩心进行5种加载速率下的19组岩石冲击开裂试验;经试验验证该装置可模拟定压供给边界条件下中心一裸眼井的油藏条件... 针对燃爆压裂设计中难以定量确定强动载条件下破裂压力的问题,利用"岩石动态损伤模拟试验装置"对3种抗拉强度岩心进行5种加载速率下的19组岩石冲击开裂试验;经试验验证该装置可模拟定压供给边界条件下中心一裸眼井的油藏条件,并直接对小型岩心试样中模拟井孔进行水压冲击破岩试验,且可形成153.17MPa/ms以内的加载速率,完全可以模拟燃爆压裂的实际情况。经过对试验数据回归分析,发现动/静破裂压力差值与加载速率呈现很好的对数关系,经验证该回归模型计算误差为0.95%,具有较高精度;该研究成果可为燃爆压裂设计中的最低峰值压力确定提供指导,对提高该增产措施的普适性和成功率具有一定指导意义。 展开更多

关键词 岩石力学 燃爆压裂 加载速率 破裂压力 计算模型

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甲烷燃爆载荷下页岩裂缝网络发育特征与定量分析 被引量：2

7

作者 柴亚博 罗宁 +3 位作者 张浩浩 李鹏龙 周嘉楠 廖禹成 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期4308-4321,共14页

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... 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。 展开更多

关键词 甲烷原位燃爆技术 燃爆压裂 地应力 裂缝网络

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高温-动态冲击作用下页岩微纳米孔隙结构演化特征 被引量：1

8

作者 余旭 王宇 +3 位作者 翟成 刘厅 徐吉钊 孙勇 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第10期137-146,共10页

为阐明甲烷原位燃爆压裂载荷对页岩储层的微观改性特征,开展高温-动载协同作用下页岩微纳米孔隙结构的演化特征研究,选取典型页岩样品,综合应用3D轮廓测量、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD),分析高温-动态冲击作用后... 为阐明甲烷原位燃爆压裂载荷对页岩储层的微观改性特征,开展高温-动载协同作用下页岩微纳米孔隙结构的演化特征研究,选取典型页岩样品,综合应用3D轮廓测量、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD),分析高温-动态冲击作用后的页岩碎块的宏微观粗糙特性、孔裂隙结构及矿物组分随高温的变化特征。结果表明:随温度升高,页岩断面毫米级粗糙度先略有降低后急剧升高。随温度升高,页岩有机质纳米孔减少,石英中出现复杂裂缝,碳酸盐矿物产生气孔,黏土矿物层间结构破坏,页岩体孔隙度由常温的1.488%逐渐上升至700℃的1.997%。不同高温下页岩物性组成差异显著,XRD定量分析结果显示,石英的质量占比升高,方解石和白云石总占比降低,从微纳米尺度说明燃爆载荷对页岩储层有改性效果。 展开更多

关键词 高温热效应 动态冲击 页岩 微纳米 孔隙结构 演化特征 燃爆压裂 粗糙度

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自支撑条件页岩裂缝的压缩特性分布及各向异性演化 被引量：1

9

作者 黄婷 翟成 +5 位作者 刘厅 孙勇 郑仰峰 陈爱坤 徐宏阳 来永帅 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期4336-4351,共16页

甲烷原位燃爆压裂技术是利用页岩原位解吸甲烷与氧气协同燃爆产生的高温、高压气体冲击压裂页岩储层,具有广泛的应用前景。燃爆过程中会在压裂裂缝周围产生页岩碎屑颗粒,对裂缝通道形成一定的自支撑作用。其中,页岩碎屑颗粒作用下页岩... 甲烷原位燃爆压裂技术是利用页岩原位解吸甲烷与氧气协同燃爆产生的高温、高压气体冲击压裂页岩储层,具有广泛的应用前景。燃爆过程中会在压裂裂缝周围产生页岩碎屑颗粒,对裂缝通道形成一定的自支撑作用。其中,页岩碎屑颗粒作用下页岩压裂裂缝的压缩闭合行为及裂缝开度演化是亟待研究的关键问题。以平行层理无支撑(PBU)、平行层理自支撑(PBS)、垂直层理无支撑(VBU)和垂直层理自支撑(VBS)4种试样为研究对象,利用非接触式全场应变测量装置探究了应力加载过程中自支撑颗粒和层理对页岩裂缝压缩变形行为及各向异性演化特征分布的影响。结果表明,所有试样沿着加载方向均可划分为4个特征区域:裂缝区、近基质区、远基质区和无影响区,各区域垂直位移沿加载方向均呈线性下降趋势,且对应下降速率依次减小,在无影响区接近0。自支撑颗粒改善了层理方向对裂缝压缩特征沿裂缝走向分布差异的影响。自支撑裂缝的开度可压缩分量、不可压缩分量及可压缩分量占比分别为无支撑裂缝的47~56倍、11倍和4~5倍。引入层理各向异性系数(I_(BA))定量化分析自支撑颗粒对页岩裂缝变形各向异性演化特征的影响。应力加载过程中,各试样的I_(BA)均依次经历了:I_(BA)下降区、I_(BA)陡增区、I_(BA)震荡区和I_(BA)平稳区。自支撑颗粒缩短了I_(BA)震荡区范围(1~5 MPa),提高了I_(BA)平稳值(5.6),消除了不同层理间的I_(BA)平稳值差异。 展开更多

关键词 页岩裂缝 压缩特性 各向异性 自支撑颗粒 裂缝开度 燃爆压裂

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甲烷原位燃爆压裂数值模拟研究

10

作者 王旭东 曲占庆 +2 位作者 王继伟 郭天魁 石一曼 《工程爆破》 CSCD 北大核心 2023年第6期33-43,共11页

为了探究燃爆压裂裂缝的扩展规律,通过块体离散元与有限元结合的连续-非连续单元法建立甲烷燃爆冲击致裂数学模型。基于朗道爆源模型描述燃爆压力变化,利用线弹性-断裂本构模型描述岩石基质的力学行为。基于建立的燃爆压裂数值模型,进... 为了探究燃爆压裂裂缝的扩展规律,通过块体离散元与有限元结合的连续-非连续单元法建立甲烷燃爆冲击致裂数学模型。基于朗道爆源模型描述燃爆压力变化,利用线弹性-断裂本构模型描述岩石基质的力学行为。基于建立的燃爆压裂数值模型,进行了直井、水平井和层内的燃爆压裂数值模拟,分析了直井燃爆压裂的裂缝扩展规律以及段间距、燃爆段长、工艺方法等因素对水平井燃爆压裂裂缝扩展规律的影响以及层内从单级到多级燃爆的变化规律。结果表明:直井燃爆压裂产生多条径向裂缝;优选缝间距为5 m、适当增加燃爆段长、选择分步燃爆的压裂工艺,可以取得更大的破裂度和裂缝范围;层内多级燃爆压裂提高储层破裂度7%以上,破裂范围实现x方向增加2.68倍,y方向增加3.8倍,大幅度提高页岩气渗流能力。 展开更多

关键词 燃爆压裂 页岩气 连续-非连续单元法 破裂度

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长脉冲燃爆压裂复合燃速火药配方优化与应用 被引量：4

11

作者 任杨 吴飞鹏 +3 位作者 蒲春生 何延龙 董巧玲 黄小梅 《科学技术与工程》 北大核心 2014年第24期68-73,共6页

针对常规燃爆压裂火药类型单一、燃速偏快、难以形成峰值压力与持压时间的优势平衡,致使改造规模有限的问题,深入考察成熟火箭推进剂配方,借助密闭爆发器、燃速仪等实验设备,筛选优化了高、低两级燃速火药配方体系。测试了各自燃烧性能... 针对常规燃爆压裂火药类型单一、燃速偏快、难以形成峰值压力与持压时间的优势平衡,致使改造规模有限的问题,深入考察成熟火箭推进剂配方,借助密闭爆发器、燃速仪等实验设备,筛选优化了高、低两级燃速火药配方体系。测试了各自燃烧性能、安全性能。实验结果表明,实验条件下,高、低燃速火药燃爆加载速率分别为13.38 MPa/ms、2.38 MPa/ms,燃爆时间分别为11.7 ms和51.8 ms,将一定质量两种火药复合串联,利用高燃速火药爆燃轻易制裂地层,随后低燃速火药长时间持续低速燃烧,最大限度增大破裂规模和裂缝长度。经现场应用表明,该复合型火药体系燃爆压裂过程安全可控,能有效改善地层应力状态,降低井底破裂压力,提高单井产量,为燃爆压裂技术在深层、超高压地层的应用提供有利支撑。 展开更多

关键词 燃爆压裂 多级燃速 火药配方 脉冲压力

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深井延迟长脉冲燃爆压裂火药优配与评价 被引量：1

12

作者 任杨 吴飞鹏 +3 位作者 蒲春生 何延龙 马岩 刘洪志 《陕西科技大学学报（自然科学版）》 2014年第4期84-88,共5页

针对燃爆压裂火药爆燃加栽速率快、措施安全与裂缝规模难以平衡的问题，基于对成熟火箭推进剂配方的深入考察，借助密闭爆发器、燃速测试仪、落锤仪、摩擦感度仪和差热分析仪等实验设备，筛选优化了延迟长脉冲燃爆压裂火药配方，测试并... 针对燃爆压裂火药爆燃加栽速率快、措施安全与裂缝规模难以平衡的问题，基于对成熟火箭推进剂配方的深入考察，借助密闭爆发器、燃速测试仪、落锤仪、摩擦感度仪和差热分析仪等实验设备，筛选优化了延迟长脉冲燃爆压裂火药配方，测试并得到了其从低压到高压的燃速图版，评价了其爆燃加载特性．结果表明，相对传统燃爆压裂火药，该延迟长脉冲火药燃速更低、持压时间更长，且具有较强的耐撞击、摩擦和高温性能，适用于深层、超高压地层油气井．在20℃下测试，延迟长脉冲火药在7MPa下爆燃加载持压时间78．1ms，为传统燃爆火药的2．12倍；45～70MPa超高压环境下燃速36．4～39．5mm／s，低于传统燃爆火药燃速一半，可有效提高燃爆压裂火药最大装药量、扩大裂缝延伸长度和破裂规模． 展开更多

关键词 火药 持压时间 燃速 燃爆压裂

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多级燃速可控诱导压裂点火技术研究

13

作者 魏磊 邹林 +2 位作者 雷思罗 黄爽 范青 《内蒙古石油化工》 CAS 2009年第8期24-27,共4页

以火工技术为主要手段的各种油气田增产技术已得到越来越广泛的应用,多级燃速可控诱导压裂技术提高了装药量和压裂药能量的利用率,延长了作用时间,大大加强了压裂效果,值得广泛推广。而研制合适的压裂药剂体系和点火控制系统是多级燃速... 以火工技术为主要手段的各种油气田增产技术已得到越来越广泛的应用,多级燃速可控诱导压裂技术提高了装药量和压裂药能量的利用率,延长了作用时间,大大加强了压裂效果,值得广泛推广。而研制合适的压裂药剂体系和点火控制系统是多级燃速可控燃爆诱导压裂的关键技术。本文通过一系列室内和地面模拟试验,确定了多级脉冲可控燃爆诱导复合药优化配方及组合匹配方案;并研制了一套全隔断式延时控制点火技术装置,解决了多脉冲高能气体压裂技术能量延时控制问题,延长对地层脉冲加载压裂的作用时间,进而达到延伸地层裂缝的目标,达到增产增注的目的,具有一定的现场指导作用。 展开更多

关键词 燃爆压裂 多级燃速 药剂体系 点火技术

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页岩储层甲烷原位燃爆压裂理论与技术研究进展 被引量：1

14

作者 翟成 曲占庆 +11 位作者 邓守春 孙伟福 罗宁 王宇 刘厅 郭天魁 吴飞鹏 刘静 宋正昶 陈尚斌 杨威 蔡承政 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期435-455,共21页

页岩气通常以吸附和游离状态赋存于暗色泥页岩、高碳泥页岩等产气岩中,是一种清洁、高效的能源资源.相比于常规天然气藏,页岩气储层普遍具有低孔隙度、低渗透率的特点,压裂改造提高页岩气采收率是“十四五”期间我国能源开发的重点攻关... 页岩气通常以吸附和游离状态赋存于暗色泥页岩、高碳泥页岩等产气岩中,是一种清洁、高效的能源资源.相比于常规天然气藏,页岩气储层普遍具有低孔隙度、低渗透率的特点,压裂改造提高页岩气采收率是“十四五”期间我国能源开发的重点攻关方向.本文创新性提出了一种页岩储层甲烷原位燃爆压裂的技术构想,该技术利用页岩气储层原位解吸产生的甲烷气体与注入的助燃剂协同燃爆,产生高温高压气体冲击压裂页岩储层,创造立体裂缝网络,为页岩气提供高效运移通道.论文全面分析了甲烷原位燃爆压裂的技术构想、可行性以及关键科学问题,包括甲烷-助燃剂协同起爆机制及燃爆压力波传播特性、甲烷燃爆对井筒介质的瞬态冲击动力学响应特征与控制机制、多级燃爆压裂立体缝网逐级构建及效果评价技术等3个关键研究内容,基本涵盖了当前甲烷原位燃爆压裂理论与技术研究的最新进展.研究认为,燃爆冲击载荷作用对页岩复杂缝网的形成和扩展具有显著促进作用,甲烷燃爆压裂不需要消耗大量的压裂液,也不涉及火工品的地上运输和混合等过程,安全、经济和环保优势非常明显,是一项前瞻性、变革性技术,有助于实现我国页岩气开采技术的创新突破. 展开更多

关键词 深部页岩储层 甲烷原位燃爆 燃爆压裂理论 燃爆压裂技术

原文传递

燃爆压裂井井周诱导应力分布规律 被引量：6

15

作者 尉雪梅 吴飞鹏 +3 位作者 刘恒超 徐尔斯 张艳玉 蒲春生 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期105-112,共8页

燃爆诱导压裂可在井周形成多条受应力差异控制小的径向裂缝,借助Sneddon线弹性诱导应力模型,结合带压井筒周围径向应力、周向应力模型,通过坐标转化和应力叠加,推导建立预存任意角度多条燃爆诱导裂缝的井周水平地应力分布计算模型,据此... 燃爆诱导压裂可在井周形成多条受应力差异控制小的径向裂缝,借助Sneddon线弹性诱导应力模型,结合带压井筒周围径向应力、周向应力模型,通过坐标转化和应力叠加,推导建立预存任意角度多条燃爆诱导裂缝的井周水平地应力分布计算模型,据此分析存在单条或任意多条组合裂缝对水平主应力差的影响,定量评价裂缝长度、裂缝条数及其相位组合、裂缝内净压力、储层原始主应力差异系数对水平主应力分布的影响敏感性。结果表明:由于预存燃爆裂缝的诱导作用,井周水平主应力存在差异反转区、差异减小区和差异增益区3个区域;应力差反转区面积随裂缝长度的增加、裂缝内压力增高、原始水平主应力差异系数的减小而逐渐增大;低角度相位裂缝的诱导应力差异反转发生在裂缝尖端两侧,而高角度相位裂缝应力反转发生在沿裂缝两侧区域,且高角度诱导裂缝的应力干扰强于低角度诱导裂缝,同时多条不同相位裂缝存在应力干扰;综合分析存在平行于最大主应力和最小主应力两条诱导裂缝时对应力差异的平衡作用最好。 展开更多

关键词 高主应力差异储层 燃爆压裂裂缝 诱导应力分布 复杂压裂缝网

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甲烷燃爆压裂技术的实验研究

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作者 江堃 邓守春 李海波 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期4297-4307,共11页

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... 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(?2.0 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。 展开更多

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

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不同燃爆载荷作用下页岩破裂特性及孔裂隙结构改性规律 被引量：1

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作者 翟成 王宇 +3 位作者 刘厅 徐吉钊 唐伟 罗宁 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期4269-4283,共15页

页岩储层甲烷原位燃爆压裂是一项新型无水压裂技术,不同燃爆载荷下井周的破裂特性及孔隙结构改性规律尚不明确,无法为关键工艺参数的确定提供依据。自主搭建耐压100 MPa燃爆管道,对?55 mm×55 mm筛管完井页岩试样进行不同燃爆载荷... 页岩储层甲烷原位燃爆压裂是一项新型无水压裂技术,不同燃爆载荷下井周的破裂特性及孔隙结构改性规律尚不明确,无法为关键工艺参数的确定提供依据。自主搭建耐压100 MPa燃爆管道,对?55 mm×55 mm筛管完井页岩试样进行不同燃爆载荷的冲击压裂实验,实验过程中采集爆炸压力-时程曲线,取样表征页岩破裂形态随燃爆载荷的变化规律,通过典型裂缝面分析燃爆压裂致裂机理,通过?1 000 mm×1 000 mm页岩相似材料燃爆压裂实验,阐明燃爆载荷压裂储层的主控因素,基于压汞法表征不同燃爆载荷下页岩孔裂隙结构的演化规律,主要结论如下:(1)提升燃爆混合气体的初始压力能够显著提升燃爆峰值载荷和压力上升倍数,增强燃爆威力;(2)随着燃爆载荷的提高,井周由单一主裂缝转变为多条径向裂缝协同起裂,但燃爆载荷过大容易在井周产生粉碎性破坏,本研究中最佳爆炸压力为71 MPa;(3)燃爆冲击波和爆轰产物气楔扩缝效应是导致裂缝起裂-扩展的主控因素,燃爆压裂有利于构建粉碎区范围小、裂隙区范围大的裂缝体系;(4)燃爆冲击波主导页岩大孔和微裂隙体积随燃爆载荷升高而显著提升,动态冲击和高温热效应的双重控制机制导致微孔呈先降低后升高的变化规律。本研究通过实验室及大尺度燃爆压裂实验阐明了燃爆载荷对井周储层破裂特性和孔裂隙结构改性的控制机制。 展开更多

关键词 页岩气储层 甲烷原位燃爆压裂 爆炸冲击 破裂特性 孔裂隙结构

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循环冲击载荷作用下页岩孔隙结构演化特征

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作者 王宇 翟成 +2 位作者 邵昊 唐伟 石克龙 《特种油气藏》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期154-160,共7页

为研究循环冲击载荷作用下页岩气储层孔隙结构演化规律,以四川省长宁县五峰组页岩为研究对象,基于霍普金森压杆实验系统与微米CT系统,分别获取低速、中速和高速循环冲击载荷下页岩的动力学响应特征,并对冲击前后页岩孔隙结构进行分析。... 为研究循环冲击载荷作用下页岩气储层孔隙结构演化规律,以四川省长宁县五峰组页岩为研究对象,基于霍普金森压杆实验系统与微米CT系统,分别获取低速、中速和高速循环冲击载荷下页岩的动力学响应特征,并对冲击前后页岩孔隙结构进行分析。研究表明:动态冲击应力-应变曲线显示,低速循环冲击岩样动态弹性模量随循环冲击次数的增加不断升高,承载能力逐渐增强;中速及高速循环冲击岩样则呈现先压密后损伤的力学响应特征;提高循环冲击载荷,页岩连通裂隙的表面积、体积及分形维数升高,绝对渗透率上升,表明提高循环冲击载荷可使岩样形成复杂孔隙网络,具备更好的渗流能力;中速及高速循环冲击导致岩样内部孔隙扩展贯通,中速循环冲击岩样的孔隙度较原始岩样提升一倍,孔隙分布的空间离散性增强。该研究可为页岩气储层多级脉冲燃爆压裂工艺的相关研究提供理论支持。 展开更多

关键词 页岩 压裂 孔隙结构 循环冲击载荷 微米CT 多级脉冲燃爆压裂

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甲烷燃爆压裂冲击下页岩动态破裂响应规律实验研究

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作者 吴飞鹏 赵志强 +6 位作者 薛海洁 范贤章 陈佳豪 李娜 刘静 郭天魁 曲占庆 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期4284-4296,共13页

甲烷原位燃爆压裂是通过地面投放的助燃剂与地层产出的甲烷气,在页岩气井筒内目标层段原位燃爆,实现强化压裂储层的新技术。其中明确甲烷爆燃压裂中储层岩石动态破坏规律,是确保压裂效果和井身安全工艺设计的基础。基于此,为明确甲烷原... 甲烷原位燃爆压裂是通过地面投放的助燃剂与地层产出的甲烷气,在页岩气井筒内目标层段原位燃爆,实现强化压裂储层的新技术。其中明确甲烷爆燃压裂中储层岩石动态破坏规律,是确保压裂效果和井身安全工艺设计的基础。基于此,为明确甲烷原位燃爆压裂过程中,聚能流体泄入性冲击破岩规律及其主控因素敏感性,借助岩石动态冲击损伤模拟实验装置,针对龙马溪组海相页岩露头,开展拟三轴、真三轴条件下的冲击压裂破岩实验共24组,通过对冲击破岩过程中模拟井眼压力的高频跟踪、压后岩样破裂形态及裂缝面特征观测,分别考察了120~285 MPa理论峰值压力、20.9~131.7 MPa/ms理论加载速率、储层应力与层理方位等对冲击破岩的影响,用铜箔对模拟井眼孔壁密封考察了应力冲击与泄入冲击对岩样破坏形态的影响。结果显示:聚能流体泄入性冲击可形成楔裂效应,降低页岩动态破裂强度,页岩动态强度与升压速率的正相关性弱于纯应力冲击;平行层理页岩、较低的地应力水平,均可减小页岩动态破裂强度;纯应力冲击更易形成复杂缝网,裂缝表面凹凸性强;聚能流体泄入冲击致裂后的裂缝走向平直,且随着升压速率增大,其裂缝条数及复杂程度增加、裂缝面剥离碎裂现象增强;模拟井眼轴线与页岩层理面平行时,压后裂缝面平整、粗糙度小、起伏小;模拟井眼轴线与页岩层理面垂直时,压后裂缝走向曲折、表面起伏大、裂缝网更复杂;页岩水平挤压应力较小,压后裂缝面粗糙,伴随有大量脱落物;随着岩样挤压应力增大,流体楔入基质实现二次冲击的阈值升高,压后页岩脱落物粒径逐渐减小。基于不同参数组合下页岩冲击破坏模式的对比分析表明:甲烷原位燃爆冲击过程是应力冲击与流体泄入性冲击的复合作用,随着冲击升压速率的提升,聚能流体泄入性冲击作用程度逐步加� 展开更多

关键词 甲烷燃爆压裂 页岩储层 动态破裂 冲击损伤 裂缝扩展

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燃爆诱导水力压裂多裂缝耦合起裂规律 被引量：10

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作者 吴飞鹏 徐尔斯 +3 位作者 尉雪梅 刘恒超 李德 丁乾申 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期65-72,共8页

为了明确多相位裂缝组合下的应力干扰作用及其对后续水力压裂裂缝起裂压力的影响,基于原有预存单条诱导裂缝的应力场计算模型建立预存多条诱导裂缝的耦合应力场计算模型,分析诱导应力影响下的井周周向应力场变化规律,再结合断裂力学判... 为了明确多相位裂缝组合下的应力干扰作用及其对后续水力压裂裂缝起裂压力的影响,基于原有预存单条诱导裂缝的应力场计算模型建立预存多条诱导裂缝的耦合应力场计算模型,分析诱导应力影响下的井周周向应力场变化规律,再结合断裂力学判据计算后续水力压裂预存裂缝的起裂压力,并对预存裂缝长度、相位、水平主应力差异系数及预存裂缝条数等4个因素对预存裂缝起裂压力的影响进行了分析。研究结果表明:(1)预存裂缝后近裂缝区域周向应力差明显增大,甚至出现水平主应力反转;(2)随新增预存裂缝长度增加,原预存裂缝起裂压力先增后降,在新增预存裂缝长度增加到原预存裂缝长度时,原预存裂缝起裂压力迅速降低,而后下降趋势变平缓;(3)高相位裂缝的起裂压力大于低相位裂缝的起裂压力;(4)随着裂缝条数的增加,新增预存裂缝起裂压力逐渐降低,但起裂压力差减小的趋势不明显;(5)多相位裂缝的应力干扰作用影响裂缝的起裂压力,较长高相位裂缝和较短低相位裂缝均有利于多相位裂缝的同时起裂;(6)多裂缝同步延伸会产生更为复杂的应力干扰作用,激发水力压裂复杂缝网的演化,实现均衡的压裂改造。结论认为,该研究成果可为燃爆诱导压裂射孔相位、诱导裂缝规模及后续水力压裂施工泵压等压裂施工设计提供理论指导。 展开更多

关键词 高水平地应力差异 燃爆诱导水力压裂 诱导应力分布 多裂缝起裂压力 复杂压裂缝网 压裂施工设计

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