重复冲击下砂岩的动态响应实验研究

来源：振动与冲击杂志2024年第8期北京时间：

作者：吴飞鹏,，赵志强，颜丙富，丁乾申，刘静,，齐宁,，罗明良,

单位：1.中国石油大学（华东） 石油工程学院，山东 青岛266580；2.中国石油大学（华东） 非常规油气开发教育部重点实验室，山东 青岛266580；3.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300450

摘要：高速动能水击压裂可借助聚能水锤效应实现强动载泄入性液压冲击，具有高峰值压力、高加载速率、重复多次渐进扩缝等优势，其中聚能流体贯入性冲击下岩石损伤-破裂的演化机制是该技术优化设计的核心问题。为此，本文采用岩石动态冲击损伤模拟实验装置，开展高速动能水击压裂破岩实验，分析不同加载速率、冲击次数、冲击组合等对岩石破裂形态的影响规律。结果表明：单次高速动能水击破岩中，随着加载速率的提高，岩石破坏依次呈现出近孔眼破碎损伤（8.5MPa/ms）、微裂缝聚并串联成宏观裂纹（13.4MPa/ms）、流体楔入形成脆性崩裂裂缝（15.5MPa/ms）三种模式；在小峰值压力、低加载速率重复冲击下，岩石损伤破坏呈现近孔眼损伤（1-2次）-裂缝起裂扩展（3-5次）-应力挤压破碎（6-10次）三个阶段，随着冲击次数的增加，孔眼周围损伤加剧，形成3mm-40mm（贯穿岩样）不等长的裂缝；“先低后高”组合加载速率冲击方式下，前期重复低速率冲击可在孔眼周围形成微裂纹损伤而又不会产生破碎压实，随后借助单次高加载速率聚能冲击，实现大体积高压流体在微裂纹内的快速楔入，激发多条径向深穿透裂缝，同时该组合冲击方法还可实现主裂缝两侧基质扩容增渗和相交分支缝网，实现改造效果的最大化。

关键词：水击破岩 压裂增渗 冲击次数 组合冲击