页岩储层甲烷原位燃爆压裂理论与技术研究进展

作者

翟成曲占庆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
单位

中国矿业大学安全工程学院中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心中国石油大学（华东）石油工程学院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实验室北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室中国矿业大学力学与土木工程学院中国矿业大学低碳能源与动力工程学院中国矿业大学资源与地球科学学院中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室
摘要

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.
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
基金项目(Foundation)

国家重点研发计划项目(2020YFA0711800)；
文章目录

1 页岩储层甲烷原位燃爆压裂技术构想
2 甲烷-助燃剂混合-起爆机制及冲击波传播特性
2.1 甲烷燃爆助燃剂优选
2.2 井底甲烷助燃剂安全投放混合技术
2.3 甲烷原位燃爆特性及燃爆冲击波传播机制
2.4 微裂缝内燃爆冲击波及火焰波的传播规律
2.5 助燃剂投放-混合-引爆技术装备及工艺流程
3 燃爆冲击载荷下页岩储层动态力学行为的影响因素
3.1 页岩动态冲击物理模拟系统
3.2 井周水泥环动态力学特性优化
3.3 不同层理及应变率条件下页岩动力学特性演化规律
3.4 围压和温度对页岩力学行为及损伤破坏特征的影响规律
4 燃爆压裂缝网逐级构建导控技术及效果评价
4.1 甲烷原位燃爆压裂缝网逐级构建技术思路
4.2 多尺度甲烷原位燃爆压裂等效模拟试验
4.2.1 小尺度——页岩甲烷燃爆致裂试验
4.2.2 中尺度——高压气体冲击压裂试验
4.2.3 大尺度——大型地面甲烷燃爆致裂模拟试验
4.3 地应力条件下甲烷燃爆压裂页岩储层的数值模拟
4.4 页岩自支撑裂缝导流能力评价与流动特性
4.5 起裂-扩展-产能一体化技术适应性综合评价软件
4.6 亟待突破的技术难题
5 结论及展望
5.1 主要结论
5.2 展望