围压条件下电脉冲压裂机理及应用基础研究

Through the theoretical analysis combined with experimental study, the mechanism of the high voltage electric pulse fracturing was studied, the evaluation method of the electric pulse fracturing was established, and it would be a new technology for the extraction of unconventional petroleum. The main contents includes: establish the experimental system of high voltage electric pulse for the rock fracturing under confining pressure which can simulate the ground pressure up to 30MPa and the numerical simulation system, study the stress variation law after the electric pulse, the acoustic emitting characteristics of fracturing and the attenuation rules of shock waves in the rock samples. Through the rock mechanical property analysis and the 3-D morphology analysis of the fracture, the laws of different parameters ( parameters of the electric pulse, borehole size, type of the rock samples, tube and the value of the ground stress ) affecting to the electric pulse fracturing was obtained. The achievements of the project has important theory and application value for the extraction of shale gas and coalbed gas.

采用理论分析与实验研究相结合的方法，系统研究高压电脉冲压裂机理及压裂后裂缝的产生与发展规律，建立电脉冲压裂技术的评价方法，为非常规油气的开发提供新的技术手段。主要研究内容包括：建立围压条件（可模拟井深3000米处压力）的高压电脉冲压裂实验系统及数值仿真系统；实验研究电脉冲作用前后岩样孔隙特征及应力变化规律、声发射定位破裂源特征、冲击波在岩样中的传播衰减规律等，分析电脉冲作用机理；通过岩石力学特性分析及裂缝表面三维形貌分析，获得不同因素（电脉冲参数、孔径大小、岩样类型、有无套管和地应力大小等）对电脉冲压裂的影响规律。项目研究对于页岩气/煤层气的开采具有重要理论和应用价值。

水中高压大电流脉冲放电可以产生强大的冲击波，当冲击波的强度大于储层的破裂强度时，可在储层中产生一定长度的裂缝，从而提高储层渗透率增加油气产量。本项目针对页岩气/煤层气开发应用需求，开展电脉冲压裂技术实验研究，主要研究内容包括：建立了围压条件（可模拟井深3000米处静水压力）的高压电脉冲压裂实验系统；研究了电脉冲作用前后岩样孔隙特征及应力变化规律、冲击波在岩样中的传播衰减规律等，分析电脉冲作用机理；通过岩石裂缝表面三维形貌分析，获得不同因素对电脉冲压裂的影响规律。围压对裂缝的形成、扩展具有抑制作用。随着围压的增大，裂缝的形态会发生变化，伴随有多条裂缝产生。围压增大时裂缝长度变短，径向裂缝变弱。高能电脉冲产生的冲击波通过绝缘筛管射孔作用于岩样时有一定的能量损失，部分冲击波压力会施加于绝缘筛管，但对筛管不会产生破坏作用，对实际应用具有一定的指导意义。通过对高压电脉冲煤样压裂实验研究，获得了高压电脉冲对煤体的作用机理。不同强度模拟煤样经过电脉冲作用后产生多条主裂缝，同时沿着主裂缝分布着若干条次生裂缝。对于强度较大的试样其破裂过程经过准备阶段、缓慢发展阶段、快速发展阶段和破坏阶段四个阶段，而强度较小试样则经过多次作用后直接产生明显裂缝。大尺度松软煤体经过高压电脉冲作用后，煤体顶端表面产生多条明显裂缝，形成复杂的裂缝网，但纵向长度较坚硬煤体短。项目研究结果对于页岩气/煤层气的开发具有重要的理论和应用价值。