页岩超临界二氧化碳压裂分析

页岩超临界二氧化碳压裂试验分析1.CO2压裂页岩L145三轴超临界CO2压裂页岩L143三轴水力压裂1.1圆柱试样超临界CO2/水压裂（轴压16kN，围压20MPa）声发射定位与实际位置基本吻合。超临界CO2压裂形成了一个贯穿缝；水力压裂只是在模拟井筒周围形成裂缝。声发射定位图声发射定位图孔压达到28MPa时页岩形成贯穿裂缝；平均源幅值46.0dB孔压继续上升直至37.4MPa而引起密封失效；平均源幅值57.5dB声发射事件累计值随孔压变化裂缝扩展能力较弱较强声发射事件累计值随孔压变化源幅值（释放能量）高低1.CO2压裂页岩L145三轴超临界CO2压裂(500kPa/min)页岩L149三轴超临界CO2压裂(250kPa/min)1.2圆柱试样不同压力梯度CO2压裂（轴压16kN，围压20MPa）声发射定位图声发射定位图声发射定位与实际位置基本吻合压力梯度为500kPa/min时形成了一个斜向贯穿缝；压力梯度为250kPa/min时沿层理面形成了一个横向贯穿缝。声发射事件累计值、孔压变化声发射事件累计值、孔压变化孔压达到28MPa时形成贯穿裂缝；平均源幅值46.0dB孔压达到22MPa时页岩形成贯穿裂缝；平均源幅值45.4dB裂缝扩展能力较弱较强源幅值（释放能量）低高1.CO2压裂1.3压裂后圆柱试样内裂缝的工业CT扫描分析CO2压裂水力压裂（分辨率25微米）（分辨率60微米）（分辨率50微米）与水力压裂相比，超临界CO2压裂引起的裂缝较窄，工业CT难以清晰分辨1.CO2压裂1.4大尺寸试样CO2、水力压裂三向围压加载超临界CO2压裂二氧化碳压裂破裂压力小于水力压裂破裂压力，压裂能力强水力压裂破裂压力24.31MPa破裂压力27.04MPa（自然裂缝较发育）剖开后实物图声发射定位图1.CO2压裂1.5大尺寸试样不同压力梯度CO2压裂三向围压加载压力梯度：dP=0.5、1.0、2.0MPa/min三种试验工况下页岩压裂后剖面：（左图）dP=0.5，（中图）dP=1.0（右图）dP=2.01.CO2压裂dP=0.5MPa/mindP=1.0MPa/mindP=2.0MPa/min加围压阶段压裂阶段平均源幅值67.53dB破裂压力25.93MPa平均源幅值60.40dB破裂压力15.39MPa破裂压力24.31MPa随着压力梯度的增大，破裂压力增大，平均源幅值增大，说明压力梯度较大时裂缝扩展所需能量较高1.CO2压裂1.6大尺寸试样不同应力差异系数超临界CO2压裂HhHk0.286k0.050k应力差异系数定义两种试验工况：（左图）k=0.050，（右图）k=0.286两种试验工况下页岩压裂后剖面：（左图）k=0.050，（右图）k=0.286𝜎𝑉=19.3MPa𝜎𝐻=21.0MPa𝜎ℎ=20.0MPa𝜎𝑉=19.3MPa𝜎𝐻=21.0MPa𝜎ℎ=16.3MPa1.CO2压裂0.286k0.050k加围压阶段压裂阶段破裂压力28.07MPa；平均源幅值64.33dB破裂压力23.71MPa；平均源幅值64.55dB应力差异系数越大，破裂压力越大。限于试验数据偏少，规律性仍需重复验证1.CO2压裂1.7震源机制的矩张量分析反射系数k=1.96;a为向量t和r的内积传感器响应幅度断铅试验初动振幅震源与传感器距离震源指向传感器的方向余弦maxmaxintmaxminmax//00.5/0.5XYZYZXYZ依据三个特征值求出三种模式所占的比例1.CO2压裂采用M.Ohtsu的优势判别方法，对破裂分类：60%Y60%40%60%XZX判定为剪切型裂纹判定为拉伸型裂纹判定为混合型裂纹231lnel+nelneln裂纹方向、裂纹表面法向与矩张量特征向量有如下关系：应力差异系数k=0.05时的震源模式，其中红色剪切模式，蓝色为拉伸模式，绿色为混合模式