变载荷压裂特征研究进展及展望

来源：石油科学通报杂志2025年第1期北京时间：

作者：孙伟；张广清

单位：中国石油大学(北京)石油工程学院,北京 102249%中国石油大学(北京)石油工程学院,北京 102249;中国石油大学(北京)油气资源与工程全国重点实验室,北京 102249

摘要：水力压裂是非常规能源开采的重要手段.然而,传统水力压裂面临诸多挑战,如过高的破裂压力、潜在的断层滑移风险以及酸化压裂液对环境的污染等.如何在降低诱发自然灾害风险的前提下,实现高效的储层改造是关键科学问题,这迫切需要探索新的压裂方式以应对这些挑战.近年来,变载荷压裂作为一种通过物理或化学手段引起作用于地层岩石上的载荷(如压力、流体、温度以及高能气体等)周期性或随机变化的压裂施工形式,逐渐引起人们的广泛关注.变载荷压裂强调压裂过程中,流体、温度、高能气体等因素与岩石这种多孔介质之间的多场耦合作用,这区别于金属的机械疲劳破坏,其概念范围更加广泛.本文系统梳理了变载荷压裂实验的最新进展,从研究对象、影响因素、研究内容及分析方法进行了全面总结.将变载荷压裂作用形式划分为 6种:循环载荷、递增载荷、阶梯载荷、脉冲载荷、冲击载荷和组合载荷.重点关注变载荷对岩石破裂前后的具体影响,并归纳总结了 4 个变载荷压裂特征:降低岩石破裂压力、降低岩石破裂能量、改变岩石渗透率以及产生复杂裂缝形态.进一步从岩石疲劳断裂、应力腐蚀、爆燃压裂裂缝扩展等方面探讨了变载荷压裂相关作用机制.最后,着重对变载荷压裂特征研究做了未来展望,认为要明确岩石结构特征对增渗效果及复杂裂缝形态的影响.紧跟深层/超深层开发研究趋势,考虑复杂极端条件下变载荷压裂适用性和新变化,以拓宽变载荷压裂研究发展空间.从多场、多尺度、多时度的角度综合分析变载荷压裂作用特征及内在机理.本文旨在为变载荷压裂提供基础性认知,并为未来研究发展提供思路和方向.

关键词：变载荷压裂,破裂压力,破裂能量,渗透率,裂缝形态