液氮超低温诱导岩石类材料裂缝形成机制研究

液氮压裂是一种采用温度极低的液氮对储层进行压裂的方法。与常规压裂方式不同，液氮的超低温作用会使得储层岩石温度急剧降低，产生强烈的温度应力，诱导储层岩石产生裂缝。为探究液氮超低温作用诱导岩石裂缝的起裂和扩展机制，分别对裸眼井筒、预制裂缝和水力裂缝进行液氮超低温冲击作用模拟实验，获得诱导裂缝分布特征，并测量超低温冲击作用过程中井筒径向和预置裂缝法向温度场变化，研究最大拉应力准则和应力强度因子断裂准则，判定超低温诱导裂缝扩展范围的适用性。结果表明，超低温诱导裂缝主要垂直于裸眼井筒井壁、预制裂缝和水力裂缝等已有裂缝面起裂，且诱导裂缝两侧同样会出现垂直于诱导裂缝起裂的次级诱导裂缝，形成复杂裂缝网络。根据超低温诱导裂缝扩展尺度的实验结果，提出采用最大拉应力准则和应力强度因子断裂准则分别判定诱导裂缝扩展长度下限和上限的方法。此外，提出水力压裂结合液氮压裂改造储层的方法，并进行实验验证。研究结果为液氮压裂可行性和设计提供了依据。