1、隨著我國經濟的發(fā)展，對能源的需求量日益增大，且國內頁巖氣具有良好形成及富集的地質條件，因此頁巖氣的開采受到廣泛的關注。頁巖氣藏儲層具有典型的低孔、低滲特征，并隨著埋深加大，物性變差，導致開采難度大，采收率低。但通過人工增透的方法改變儲層的滲透性可以有效地提高采收率。水力壓裂是人工增透的重要方法之一，但在實際實施過程中也發(fā)現了水力壓裂的不足之處，壓裂液的摩阻較大，易滯留在孔道的裂縫里，易產生水鎖、賈敏效應，使儲層滲透率降低；壓裂結束后，壓

2、裂液反排困難，會對儲層造成二次傷害，降低壓裂效果；而且頁巖礦物成分中含有較多的伊利石、高嶺石、伊蒙混層等粘土礦物，這些礦物極易吸水膨脹，使裂隙閉合，采收率下降。最重要是我國頁巖氣豐富的地方大多又缺水，所以無水壓裂技術得到大家的廣泛關注，利用氣體進行儲層壓裂改造有望取得進展。
　　本文通過試驗室試驗、理論分析和數值模擬的方法系統(tǒng)地研究了利用水和氣體壓裂時裂縫啟裂的差異，主要取得以下進展：
　?。?）利用斷裂力學、滲流力學和滲流

3、應力耦合理論建立了基于水、氣滲透差異的破裂壓力準則模型。在氣體滲流場計算中，考慮氣體密度在空間上的變化對氣體質量守恒方程的影響，推導出了新的氣體滲流場計算方程。
　　（2）設計了破裂壓力的數值計算方法，并通過Comsol with Matlab編寫了能夠實現滲流邊界隨時間擴展的滲流應力耦合計算程序。
　?。?）設計了不同水壓和氣壓加載速率下紅砂巖的水和氣體壓裂試驗，試驗發(fā)現在一定加載速率范圍內加載速率對水和氣體的破裂壓力及試

4、樣的體積應變增量影響都較小，且氣體壓裂的破裂壓力比水力壓裂的破裂壓力小40％左右；氣體壓裂后的試樣破壞的更為嚴重，形成兩條或三條主裂紋，裂縫會貫穿整個試樣，且裂紋寬度較大，主裂紋周圍有很多分岔裂紋；而水力壓裂后的試樣破壞的程度較小，只形成了兩條對稱裂紋，且裂紋沒有貫穿整個試樣，裂紋寬度較小。將數值計算出的水和氣體的破裂壓力和破裂時間與試驗值比較，發(fā)現該計算模型可以較好地預測破裂壓力與破裂時間。
　　（4）利用數值計算的方法，模擬并