摘要
随着国内科技水平的不断提高和碳中和理念的提出，对于清洁能源的需求日益提高，一直以来常规石油和天然气并不能满足人们对能源日渐增加的需求，实现非常规油气资源的商业开发显得尤为重要。中国页岩气储量居世界前列，页岩气作为一种非常规油气资源，是常规天然气的补充产物，具有热量高、污染小等特点被社会广泛接受。但由于中国特殊的地质储层，导致页岩气储层渗透性欠佳，需要对储层进行深度改造，提高致裂效果，改善储层的渗透率，方能提高页岩气的产量。液相高压电脉冲放电致裂增透是近年来油气抽采的新型技术，具有致裂效果良好，污染小，能耗低等特点受到广大研究者和该领域相关人员的关注，但由于该技术在国内起步较晚，对于该技术致裂机理及应用的研究尚需完善。 本文通过理论研究、实验室试验与数值模拟相结合的方法对液电效应激波作用下双裂缝扩展规律进行了研究。首先对液相放电脉动水激波产生与传播特性、叠加应力场下双裂缝的受力状态以及裂缝的起裂扩展判据等三个方面进行理论研究；然后通过实验室钻孔注水高压电脉冲放电致裂试验，研究双裂缝初始状态下不同夹角、不同长度以及长度差等因素对裂缝扩展形态和演化规律的影响；最后，通过数值模拟的方法对不同放电电压、不同地应力变化下的双裂缝扩展规律进一步验证分析和补充研究，为相关工程提供参考借鉴。主要研究成果如下： （1）建立由水激波应力作用、地应力作用以及水力裂缝应力干扰作用构成的径向井叠加应力场模型，选取最大能量释放率作为裂缝扩展判据，当钻孔附近的应力强度因子或能量释放率大于临界值，将发生裂缝扩展行为，并以此作为文中实验和数值模拟的起裂判据。 （2）采用控制变量法进行了液相放电水激波致裂页岩体的物理相似实验研究，通过实验室试验可得，放电电压、地应力保持不变，初始状态下双裂缝长度一定时，随着双裂缝初始夹角的增加，裂缝的扩展长度与裂缝扩展面积增加，双裂缝朝偏离原预制裂缝方向偏转角度降低；双裂缝初始夹角不变时，随着裂缝初始长度的增加，应力扰动作用增强，裂缝的扩展长度与裂缝扩展面积降低。由此可见，对于双（多）裂缝扩展过程中的应力干扰因素不能忽略。 （3）利用ABAQUS-XFEM有限元数值分析软件研究了液相放电水激波致裂页岩产生裂缝规律，通过数值模拟可得，随着地应力差的不断增加，裂缝朝最大主应力方向发生偏转，地应力成为影响裂缝扩展形态的关键因素。同时，由于水激波传播过程中存在应力衰减现象，导致初始长裂缝扩展过程中获取能量低于短缝，造成初始长裂缝的延展长度低于短缝延展长度。因此，液电水激波致裂技术有利于实现储层充分改造。 （4）通过数值模拟可得，在水压不变的情况下随着放电电压的增加，水激波峰值作用强度增加，裂缝起裂压力增加，裂缝的扩展长度增加，裂缝扩展最大缝宽增加，压裂、增透效果越好。
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