肖青育， 朱哲明， 謝 軍

(1.四川大學 建筑與環(huán)境學院， 四川 成都 610065； 2.四川大學 能源工程安全與災害力學教育部重點實驗室， 四川 成都 610065； 3.四川農(nóng)業(yè)大學 水利水電學院， 四川 雅安 625014)

0 引 言

目前，隨著常規(guī)、易采油氣資源日趨減少，致密油、致密氣、頁巖油及頁巖氣等非常規(guī)油氣正逐步成為接替?zhèn)鹘y(tǒng)能源的選擇.針對非常規(guī)油氣藏開發(fā)難度大、成本高、開采率低等特點，在開發(fā)技術上，工程技術人員先后推出了井筒爆炸法、水力壓裂法、核爆炸法和高能氣體壓裂法等技術，但這些方法各有其弊端[1-2].一種結合水力壓裂、井筒爆炸壓裂以及高能氣體壓裂技術發(fā)展起來的層內(nèi)爆炸復合壓裂技術[3-4]，既克服了水力壓裂難以形成縫網(wǎng)的特點，同時，又具有井筒爆炸以及高能氣體壓裂高增產(chǎn)、低成本、污染小的特點，應前景十分廣闊.

層內(nèi)爆炸法的目的是使水力裂縫與爆炸荷載下產(chǎn)生的新生裂縫溝通從而形成裂縫網(wǎng)絡，進而提高致密油氣采收率，故對其的研究主要基于巖石爆炸動力學及巖石斷裂力學理論.例如，胡榮等[5]利用有機玻璃材料研究了爆炸荷載作用下材料內(nèi)部原生裂縫的起裂擴展規(guī)律.魏晨慧等[6]借助RFPA研究了預制裂縫角度對爆生裂縫的起裂擴展以及貫通演化規(guī)律.但相關成果均只涉及到單裂縫，對多裂縫甚至裂縫網(wǎng)絡研究則很少，而在地質(zhì)巖體中往往存在多裂縫，因而對多裂縫的研究顯得更具有工程實際意義.對此，本研究利用雅安地區(qū)致密粉砂巖板和乳化炸藥來模擬層內(nèi)爆炸，并用聲發(fā)射儀對層內(nèi)爆炸下水力裂縫兩側附近的多條平行、共線天然裂縫的起裂擴展規(guī)律進行分析，以期對致密砂巖氣藏的開發(fā)提供一些有益的試驗數(shù)據(jù).

1 試驗設計

1.1 炸藥選擇及裝藥形式

層內(nèi)爆炸模擬試驗成功與否最關鍵一環(huán)是選擇合適的炸藥，相關研究表明，爆速適中的炸藥能得到合適的加載速率，從而使裂縫網(wǎng)絡效果達到最優(yōu)[3，7].根據(jù)層內(nèi)爆炸技術要求，低爆速和低密度炸藥所產(chǎn)生的爆炸應力波峰值低，有利于延長爆炸應力波作用時間，同時也有利于避免水力裂縫和井筒結構的破壞.因此，諸多學者提出層內(nèi)爆炸所采用炸藥的爆速應控制在3 000～4 500 m/s.為此，本研究選擇低密度低爆速且性能安全穩(wěn)定的2號巖石乳化炸藥作為爆炸試驗炸藥，其炸藥密度為1.05 g/cm3.

在裝藥形式上，考慮到儲層中炸藥的實際裝藥結構為條狀形，且條形藥包產(chǎn)生的柱面波的波陣面面積只與傳播距離的一次方呈正比例增大，而集中藥包爆破產(chǎn)生的球面波的波陣面面積與傳播距離的平方呈正比例增大， 故條形藥包的爆炸應力波參數(shù)隨距離的增加而衰減得更慢，有利于形成更多的裂縫.結合本研究所選擇的致密砂巖板試件，設計了條形盒裝藥形式，炸藥盒尺寸為50 mm×30 mm×9 mm，此設計形式能保證每次試驗所裝炸藥量的一致，同時也能保證每次試驗時炸藥安放在水力裂縫內(nèi)位置的固定.

1.2 爆炸加載系統(tǒng)

與準靜態(tài)水力壓裂相比，層內(nèi)爆炸壓裂法為一種超高加載率的手段，其最大的特點是爆炸過程中將產(chǎn)生沖擊波、應力波及爆生氣體.沖擊波屬于超高加載率荷載，可直接將巖石壓碎；爆炸應力波屬于高幅值高加載率動荷載，其峰值能達到數(shù)百兆帕；而爆生氣體則是爆炸物本身所產(chǎn)生的，其壓力在幾十到上百兆帕左右，與地應力屬于同一量級.其中，爆炸應力波是促使裂縫起裂擴展的主要因素.由于本研究所采用的試驗方法無法密封氣體而使沖擊波作用范圍較小，因此，本研究將主要從應力波角度分析爆炸荷載作用下的裂縫擴展規(guī)律.首先將一定量的炸藥裝入自制的條形裝藥盒中，然后再通過裝藥盒預留的插孔插入導爆索(利用導爆索引爆炸藥)，接著將導爆索另一端與雷管捆綁起來(利用雷管引爆導爆索)，再將雷管連接線與爆炸塔外部工作室的電池起爆線連接(利用兩節(jié)1.5 V干電池串聯(lián)起爆雷管)，形成一個穩(wěn)定的爆炸加載系統(tǒng).試驗時再將連接好的炸藥盒放置在試件預制水力裂縫中設定的位置起爆.同時，為記錄爆炸過程中的應變信號，需要在雷管端部纏上觸發(fā)線，并以爆炸炸斷觸發(fā)線作為數(shù)據(jù)采集儀記錄的起始點.層內(nèi)爆炸模擬加載系統(tǒng)的結構形式如圖1所示.

圖1層內(nèi)爆炸模擬加載系統(tǒng)示意圖

在試驗材料選擇上，本研究選取雅安地區(qū)致密粉砂巖作為試驗研究試樣.該致密砂巖巖性以粉色，暗粉色為主，同時夾雜石英、長石以及黑云母等顆粒，且這些雜質(zhì)具有明顯的方向性，表現(xiàn)出較大的不均質(zhì)性和各向異性，與儲層內(nèi)部巖石的性質(zhì)具有一定程度上的相似性.巖石密度為2.39～2.41 g/cm3，砂巖板的尺寸為600 mm×600 mm×30 mm.

同時，為減小環(huán)境噪音以及電信號對試驗的干擾，層內(nèi)爆炸模擬試驗在西南科技大學的爆炸力學結構試驗室的爆炸塔平臺進行，其爆炸塔設計尺寸為內(nèi)徑8 m、高度12 m，設計爆炸當量為2.5 kg TNT.該爆炸塔系統(tǒng)由液壓防爆門系統(tǒng)、通風排氣系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、高速攝像系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)線接口等構成，該試驗室能進行各種大尺寸大模型的爆炸試驗，完全滿足本試驗的要求.

1.3 模型制備

考慮到砂巖板加工尺寸的限制，同時為盡量減小反射拉伸波的影響，在試驗中只選取了真實模型的1/4作為研究范圍，以盡量增大天然裂縫尖端與試件邊界的距離，使天然裂縫基本處于砂巖板的中心位置.據(jù)此，水力裂縫中心距砂巖板下邊界距離設計為200 mm，距上邊界距離設計為400 mm.

基于典型天然裂縫分布特征[8]，本研究在致密粉砂巖試件中預制了3條尺寸、方位相同的天然裂縫，其中2條相互平行，2條共線.試驗設計了裂縫方位角分別為0 °、15 °、30 °、45 °以及60 °的5個方案模型.模型如圖2所示.水力裂縫與天然裂縫的尺寸及方位角如表1所示.為減小試驗隨機性帶來的誤差和數(shù)據(jù)信號的不穩(wěn)定性，每組試驗模型設計為2個，最終選擇數(shù)據(jù)較合理的結果進行分析.

圖2 不同方位角天然裂縫致密砂巖板試件

1.4 試驗方法

1.4.1 準平面應變問題驗證.

由于三維模型無法實現(xiàn)對裂縫的直接觀察，且目前的室內(nèi)試驗還沒完全準確掌握將炸藥擠入到水力裂縫中的預定位置，同時室內(nèi)三維模型試驗在取材和加工方面也頗為麻煩，本研究著眼于從試驗上對層內(nèi)爆炸作用下的裂縫擴展規(guī)律進行研究.為此，根據(jù)儲層水力裂縫內(nèi)爆炸思路，選擇一典型水力裂縫平截面作為研究區(qū)域.但在爆炸作用下，試件無法實現(xiàn)真正意義上的平面應變，只能近似達到平面應變條件，即試驗模型僅能基本上實現(xiàn)準平面應變要求.為了驗證試驗的合理性和嚴謹性，首先從爆炸試驗角度對準平面應變進行驗證.

根據(jù)準平面應變問題的基本要求，本研究設計了如下形式的驗證系統(tǒng)：首先在試驗平臺底部放置與測試砂巖板尺寸相同的砂巖底板P-B；再將待測砂巖蓋板P-M放置于砂巖底板P-B上；為約束爆炸作用下測試板過大的位移和應變，在P-M板上加蓋一層相同尺寸的厚砂巖板P-T；為將爆炸產(chǎn)生的壓縮應力波最大程度地傳遞至上下砂巖板P-B和P-T，同時防止邊界產(chǎn)生過大的反射拉伸波，需要在待測驗板上下涂抹石膏漿用以粘合蓋底板P-B和P-T.由于石膏的抗拉強度極低，在較低的拉應力作用即發(fā)生斷裂，因此能極大地降低反射應力波所產(chǎn)生的應變，從而基本上達到準平面應變要求.

試驗中，乳化炸藥放置在中間砂巖板P-M中，爆炸位置為中間板水力裂縫預設位置處，點火起爆后，爆炸應力波將向周圍傳播.當應力波達到中間砂巖板兩側邊界時，由于石膏將上下蓋底板P-T/B緊密地粘合在一起，因此大部分的應力波將通過石膏傳遞出去，而只有少量的反射波回來.此外，隨著應力波繼續(xù)傳播至上下蓋底板P-T/B，當應力波達到邊界時將產(chǎn)生反射拉伸波，由于石膏抗拉強度極低，因此將瞬間被拉斷而造成應力波無法繼續(xù)向中間砂巖板P-M傳播.試驗測試系統(tǒng)結構如圖3所示.

圖3準平面應變驗證系統(tǒng)

基于以上試驗設計思路，選擇砂巖板上裂縫附近3個位置，利用超動態(tài)應變儀測量爆炸過程中測點XYZ3個方向的應變值，測點布置如圖4所示.應變通道編號為：對于測點1#在Y方向所貼應變片編號對應于超動態(tài)應變儀上的1-1通道；X方向應變片對應通道為1-2；Z方向的應變片對應通道為1-3，其他各測點通道編號類似.其中，試件T1-1-4測點1#Y/Z方向應變曲線如圖5所示.

圖4準平面應變驗證實驗測點布置

圖5砂巖板測點動態(tài)應變曲線圖

根據(jù)文獻[9]描述，在動荷載作用下，當Y方向或者X方向上的應變大于5倍Z方向上的應變時，即可近似地認為滿足準平面應變要求.對試驗測得的應變數(shù)據(jù)進行分析，其Y方向上的應變與Z方向上的峰值應變比值已接近10倍，而平均應變比值也超過了5倍.據(jù)此，可近似認為本爆炸試驗是在準平面應變下進行的.

1.4.2 以裂縫方位角為研究對象的試驗.

在試驗中，本研究利用聲發(fā)射儀監(jiān)測爆炸過程試樣的聲發(fā)射事件，從而對爆炸荷載作用下的裂縫擴展以及損傷范圍進行定量定性分析.巖石內(nèi)部損傷以及裂縫擴展屬于微震事件，其發(fā)生時頻率較低，因此在DS2系列聲發(fā)射信號分析軟件中選擇直通濾波器，即可保留最原始、最完整的采樣數(shù)據(jù).本研究中多個試件采用了5通道同步采集數(shù)據(jù)，因此可選擇的最高采樣速率為3 MHz.由于巖石損傷和裂縫擴展時其頻率較低，同時結合爆炸應力波在砂巖板中的傳播速度，本試驗設定峰值鑒別時間PDT為5 μs，撞擊鑒別時間HDT為10 μs，撞擊鎖閉時間HLT為20 μs.在爆炸荷載作用下，聲發(fā)射事件的振幅較大，且砂巖板尺寸為600 mm×600 mm，屬于大尺寸試件，經(jīng)試驗對比驗證，橫波定位法相比較于縱波定位更加精確，定位算法采用窮舉法.

試驗前，本研究還利用斷鉛測試法測定了砂巖試件的波速.斷鉛測試法利用鉛筆芯在砂巖板上斷裂所釋放的彈性應力波來模擬巖石內(nèi)損傷破裂的聲源，從而計算出砂巖板的縱橫波波速并校準測驗的靈敏度，通常選擇3次以上的波速平均值作為聲發(fā)射測試用的聲波波速.

此外，試驗發(fā)現(xiàn)，當炸藥量過大時導致破壞過于嚴重而不便于觀察，而炸藥量過小時可能導致裂縫無法起裂擴展，經(jīng)反復測試，本試驗炸藥用量為9.5 g.

由于爆炸測試過程中，炸藥將產(chǎn)生巨大的沖擊波，故需要提前24 h將傳感器和轉(zhuǎn)換頭用AB膠粘貼在預設的聲發(fā)射測點位置，以保證數(shù)據(jù)獲取的準確性.聲發(fā)射傳感器和轉(zhuǎn)換頭粘貼在砂巖板上的位置如圖6所示.

圖6聲發(fā)射測點布置

為了對裂縫做擴展演化分析及爆炸后的爆炸效果分析，本研究采用高像素相機正面垂直試件進行拍攝，以獲得高清照片，并在圖片上建立坐標系，沿裂縫擴展部分取多個觀測點，采用二次多項式最小二乘法擬合觀測數(shù)據(jù)，得到裂紋起裂擴展曲線，通過對曲線求導獲得起裂點處的角度值.每個試件反復測量3次，取其平均值作為測量結果，同時測量裂縫擴展長度，進而得到爆炸后的裂縫網(wǎng)絡面積.

2 結果與分析

2.1 聲發(fā)射定位分析

爆炸過程中，裂縫擴展路徑聲發(fā)射定位圖與數(shù)碼照片對比如圖7所示.

由圖7可知，聲發(fā)射的事件點能夠較好地反映爆炸作用下水力裂縫與天然裂縫的起裂擴展路徑，聲發(fā)射事件點密集分布的區(qū)域與實際的水力裂縫和天然裂縫的擴展路徑有較好的一致性，證明可利用聲發(fā)射定位結果初步判斷天然裂縫擴展后的分布位置.

比較圖7中試件T1-1-2～T1-1-4的聲發(fā)射定位裂縫擴展路徑可知，在相同裝藥量的情況下，具有不同天然裂縫方位角的試樣其破裂程度有所差異.試件T1-1-2和T1-1-4中天然裂縫擴展路徑相較于T1-1-3均較短，這也體現(xiàn)在聲發(fā)射事件數(shù)量分布上.這主要由以下原因造成：其一，對比3個試件，T1-1-2和T1-1-4的預制天然裂縫均與巖石中的紋理方向幾乎相同，而T1-1-3則形成了一定角度，根據(jù)應力波的在不同介質(zhì)中的反射透射傳播規(guī)律，不同巖石介質(zhì)的物理力學性能差異越大，其波阻抗系數(shù)差別也越大，應力波反射系數(shù)也越大，當應力波傳播至紋理處，由于波阻抗系數(shù)的差異將在界面處產(chǎn)生反射拉伸波，從而造成局部的拉應力區(qū)，同時由于巖石的抗拉強度較低，因此在反復的反射應力波作用下容易出現(xiàn)損傷破裂以及裂縫起裂擴展；其二，巖石的損傷破壞過程與其強度存在密切，由圖7可知，T1-1-3試件含云母較多，其抗拉、抗剪強度相對于T1-1-2和T1-1-4較小.此外，試驗還通過聲波儀測定了試件的縱橫波，測試結果表明，T1-1-3試件的彈性模量較低，泊松比較大，因此在爆炸荷載下容易損傷破裂.

圖7裂縫擴展路徑聲發(fā)射定位與效果對照

分析圖7中的聲發(fā)射事件分布可以發(fā)現(xiàn)，在裂縫的擴展路徑上，分布著一些分散定位點，這說明裂縫擴展后，在新生裂縫周圍也同樣存在聲發(fā)射事件.本研究認為，擴展裂縫周圍伴隨的聲發(fā)射事件表明該處也存在微裂縫的破裂損傷，這應與巖爆的作用機制存在內(nèi)在聯(lián)系，即起初巖石受壓縮應力波作用，當裂縫擴展至該范圍內(nèi)時，由于裂縫形成的自由面，造成快速卸荷作用，即壓縮波遇到新裂縫自由面(“臨空面")形成反射拉伸波，最終使擴展裂縫附近也出現(xiàn)大量的損傷破裂，導致新生裂縫(擴展裂縫)附近的巖石孔隙度、滲透率得到極大提高.

2.2 裂縫擴展演化分析

致密砂巖預制裂縫擴展如圖8所示.模型中分別給3條預制天然裂縫標記為①、②以及③，天然裂縫的方位角即本文中天然裂縫與水力裂縫方向的夾角定義為α；同時對天然裂縫的2個端點——近端和遠端分別命名為A和B，裂縫近端和遠端起裂角定義為β，即βA和βB；另外，起爆點與天然裂縫尖端的連線與天然裂縫的夾角定義為應力波入射角γ.由圖8可知，在爆炸荷載作用下，預制天然裂縫均產(chǎn)生不同程度的起裂擴展，其路徑與裂縫的方位角α有關，即入射應力波與裂縫的夾角決定著裂縫的擴展行為.

圖8致密砂巖預制裂縫擴展圖

此外，試驗測得的裂縫遠端起裂角結果如圖9所示.

對照圖8中的T1-1-1～T1-1-5致密砂巖試件在爆炸作用下的裂縫擴展形態(tài)，分析如下：

圖9不同裂縫方位角下裂縫遠端起裂角

1)在模擬層內(nèi)爆炸的5個試件中，裂縫①均產(chǎn)生了起裂擴展.A端起裂角度βA=63 °～69 °，平均起裂角為βA=71 °；B端起裂角度βB=63 °～89 °，平均起裂角為βB=70.6 °，如圖9所示.對于裂縫①遠端B點，隨著裂縫方位角α的增大，應力波入射角γ呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，裂縫起裂角表現(xiàn)為先減小后增大，該曲線表明裂縫的起裂角β與應力波入射角γ密切相關，這與文獻[5]的結論相一致，即裂縫尖端起裂表現(xiàn)為拉剪破壞模式.裂縫①遠端B點起裂后受拉應力區(qū)影響，逐漸轉(zhuǎn)為拉伸擴展模式.同時，試驗還發(fā)現(xiàn)，天然裂縫的方位角在15 °～45 °范圍內(nèi)時，裂縫①的A端伴隨著次生裂縫的形成.這主要是由于裂縫①靠近爆源，A端承受了較大幅值的應力波，當裂縫尖端釋放的應變能超過2倍及以上的裂縫斷裂能時，將會造成多條裂縫的起裂擴展.此外，裂縫①B端起裂擴展后并不沿應力波傳播方向擴展，即沿最大主應力方向擴展，而轉(zhuǎn)向垂直于裂縫③壁面方向.這是由于張開型裂縫③的存在在裂縫①B端起裂擴展的方向上形成了一個自由面，應力波傳播至該裂縫面時將產(chǎn)生反射拉伸波，從而誘導裂縫①B端起裂后近似垂直于裂縫③的方向擴展，并最終與裂縫③形成貫通裂縫，從而形成小范圍的裂縫網(wǎng)絡.

2)隨著裂縫方位角α的增大，試件中的裂縫②的A端、B端不斷靠近起爆點.近端A的起裂模式也逐漸由剪切破壞轉(zhuǎn)變?yōu)槔魪秃掀茐哪Ｊ?，近端起裂角βA=79 °～114 °；遠端起裂模式主要由拉剪破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟衅茐?，遠端裂縫起裂角βB=68 °～97 °，其起裂角變化關系見圖9，結果表明裂縫遠端起裂角隨方位角增大而減小.由圖8可知，當天然裂縫方位角較小時，裂縫②近端只有一條翼裂縫，隨著天然裂縫方位角的增大，其尖端伴隨著多條次生裂縫的萌生，特別當α=60 °時，在裂縫②A端出現(xiàn)了反向翼裂縫.根據(jù)劉偉韜等[10]的研究成果，反向翼裂縫的出現(xiàn)表明裂縫尖端的剪應力起控制作用，因此其破壞模式為剪切破壞，起裂模式不能再用最大周向應力進行計算分析，而應采用最大徑向切應力準則.由于裂縫②B端擴展角度為68 °～97 °，其擴展方向沒有預制天然裂縫，因此裂縫起裂擴展后幾乎沿著應力波傳播方向擴展延伸，即沿著最大主應力方向擴展.

3)裂縫③的起裂擴展模式最為復雜，這主要是受裂縫①和裂縫②影響.當裂縫方位角α較小(α≤15 °)時，裂縫③A端未出現(xiàn)翼裂縫.由圖8中的T1-1-1和T1-1-2可知，裂縫①起著阻礙應力波向裂縫③A端傳播的作用，同時裂縫②影響著應力波的傳播路徑，由于裂縫②的存在，應力波將在多條裂縫間產(chǎn)生多次反射，從而導致應力波能量的快速衰減，這就造成了預制水力裂縫內(nèi)炸藥爆炸后的爆炸應力波傳播至裂縫③A端附近時，其產(chǎn)生的應力已無法達到裂縫起裂時的斷裂韌度.圖8中，分析裂縫③遠端B點起裂擴展行為可知，天然裂縫方位角α越大，起裂擴展角βB越小.這主要是由于隨著天然裂縫方位角α的增大，天然裂縫與應力波入射角夾角γ越小，在裂縫尖端形成的反射拉伸應力波和繞射形成的剪切應力波與裂縫方向的夾角越小，當裂縫尖端應力強度因子超過斷裂韌性值時，裂縫的起裂角也隨之變小，裂縫起裂后并沿著應力波的傳播方向擴展.

4)綜合分析裂縫①～③在爆炸作用下的起裂擴展模式可以發(fā)現(xiàn)，多裂縫的起裂擴展模式與單裂縫相比，既存在相同的斷裂模式也存在差異性的破壞形態(tài)，這和多裂縫間的相互作用關系是密不可分的，由于裂縫在巖體中為一種自由面的存在，當應力波傳播至該處將產(chǎn)生復雜的反射、繞射以及散射等現(xiàn)象，同時，對于張開型裂縫，還存在阻礙應力波傳播的行為，因此在爆炸作用下將表現(xiàn)出復雜的裂縫起裂、擴展、交叉以及貫通等形態(tài).

2.3 爆炸效果分析

對于低滲致密油氣藏而言，爆炸產(chǎn)生的裂縫越多，裂縫擴展的距離越遠，實現(xiàn)有效溝通的裂縫也將越多，越能有效提高致密油氣產(chǎn)量.

致密砂巖試件在爆炸后，裂縫擴展的長度和裂縫網(wǎng)絡形成面積的結果如表2所示.

從表2可以看出，隨著裂縫方位角的增大，裂縫的擴展長度逐漸增加.此外，數(shù)值模擬結果還表明，當裂縫方位角超過某一閥值時，其擴展長度開始降低. 這主要是由于當裂縫方位角較大時(α≥75 °)，天然裂縫幾乎很難起裂，因為此條件下的應力波傳播方向與天然裂縫方向幾乎一致，即入射角很小，應力波在裂縫尖端形成的拉應力和剪應力很小已不足以開啟裂縫.相關研究表明，裂縫長度的增加有利于更多的油氣通過該滲流通道進入水力裂縫從而被開采出來[11].因此，裂縫的擴展長度是致密油氣開發(fā)中極為重視的一個參數(shù).

表2 試驗爆炸后裂縫擴展幾何參數(shù)統(tǒng)計

此外，根據(jù)增產(chǎn)儲層體積[12](Stimulated reservoi volume，SRV)概念，本研究基于平面模型提出有效增產(chǎn)儲層面積(Effective stimulated reservoi area，ESRA)概念，定義為：層內(nèi)爆炸復合壓裂后形成的裂縫網(wǎng)絡面積，即由裂縫網(wǎng)絡的包絡線所圍成的面積稱為有效增產(chǎn)儲層面積.結合T1-1-1～T1-1-5致密砂巖試件爆炸后形成的裂縫網(wǎng)絡，對其包絡線所圍成的面積進行計算，結果如表2所示.從表2中數(shù)據(jù)可知，裂縫形成的有效增產(chǎn)儲層面積(ESRA)隨著裂縫方位角的增大而先增大后減小.試驗結果表明，爆炸形成的有效裂縫網(wǎng)絡面積存在一個最優(yōu)范圍值.由于試件T1-1-3破碎程度太大，裂縫已擴展至試件邊界，因此不能作為有效分析數(shù)據(jù).綜合分析表2的結果可以得出：當天然裂縫的角度α較小時(α<15 °)有利于裂縫間的相互貫通形成裂縫網(wǎng)絡，但裂縫網(wǎng)絡改造效果較差；當天然裂縫方位角在30 °～60 °范圍內(nèi)，爆炸產(chǎn)生的裂縫長度和面積最大，其擴展形成的裂縫網(wǎng)絡效果最佳.

3 結 論

層內(nèi)爆炸技術可以大大提高非常規(guī)油氣藏的開采率，對于層內(nèi)爆炸技術的相關工藝和理論探索都還在進一步完善之中.針對目前對層內(nèi)爆炸荷載作用下水力裂縫周圍存在的天然裂縫起裂擴展規(guī)律研究尚不完善，本研究利用致密砂巖板和乳化炸藥及聲發(fā)射儀進行了層內(nèi)爆炸室內(nèi)模擬實驗，對水力裂縫周圍多條、共線天然裂縫在不同方位角下的起裂擴展規(guī)律進行了研究并對爆炸后的爆炸效果做了簡單評定，并得出如下結論：

1)預制裂縫擴展后將在其新生裂縫的擴展路徑周圍形成一定范圍的損傷區(qū)，該損傷區(qū)能較大程度上的改善油氣的滲流特性.

2)當方位角較小時，多裂縫均能起裂擴展，且裂縫間能相互貫通，但其遠端裂縫擴展長度較短，形成的裂縫網(wǎng)絡面積較小，且方位角在45 °～60 °范圍內(nèi)時，有利于最大程度地形成復雜裂縫網(wǎng)絡.

3)相較于單裂縫，多裂縫的起裂擴展模式比較復雜，其突出表現(xiàn)在裂縫間存在相互影響：其一，多裂縫的存在將在巖石中形成多個自由面，爆炸應力波傳播至裂縫面將形成反射拉伸區(qū)，這將極大地改變裂縫的擴展路徑，從而形成貫通裂縫，有利于裂縫網(wǎng)絡的形成；其二，多裂縫不同于單裂縫在于，離爆炸中心較近的張開型裂縫將阻礙應力波的傳播，致使應力波能量產(chǎn)生極大的衰減，從而造成離爆炸中心較遠的裂縫無法起裂或起裂擴展方向的改變；其三，多裂縫的特別之處還在于，先形成的裂縫在其擴展過程中將對后起裂的裂縫擴展產(chǎn)生抑制作用.