超临界CO_2/清水压裂煤体起裂和裂缝扩展试验研究

为了探究超临界CO_2与清水压裂煤体的压裂效果,运用TCHFSM–I型大尺寸真三轴压裂渗流装置,对尺寸为100 mm×100 mm×100 mm煤试样施加三轴压力来模拟煤系地层压裂过程,结合压裂理论基础和试验数据,对比分析了压力–时间曲线、表面裂缝形态及裂缝宽度,结果表明:相比于清水压裂,相同的3种三轴压力条件下,超临界CO_2压裂更容易起裂,起裂压力分别减小了28.3%,28.0%,27.4%,且随着约束压力的增大,减少比例逐渐减小;超临界CO_2压裂能够生成明显的层理裂缝及分叉裂缝,其数量越多主裂缝扩展范围越小;压裂过程中超临界CO_2易渗透到煤样内部的层理裂隙及微孔裂隙内导致压力变化迟缓,而且试样破裂后压力不易保持,裂缝宽度较狭窄;清水压裂的裂缝宽度集中分布于0.450～0.650 mm和1.250 mm区间,而超临界CO_2的裂缝宽度集中分布于0.050～0.250 mm区间,两者相差3～6倍,对于局部分叉裂缝及层理裂缝,甚至相差2个数量级左右。