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海相页岩气CO2压裂与井筒流动多维测试分析与研究

超临界二氧化碳（SC-CO₂）压裂对页岩储层改造至关重要，但受层理面断裂韧性、地应力和SC-CO₂控制的层状页岩动态破裂机制，从断裂力学角度仍不明确。本研究采用真三轴实验系统，结合光纤布拉格光栅（FBG）传感器、声发射（AE）监测和压力传感器等多维测试方法，研究裂缝扩展行为和井筒增压流动规律，并通过抗拉强度和裂纹半长计算KIC。研究结果发现，层理面裂缝在2.21~3.48 MPa起裂，比非层理区域低53%~68%，符合最大拉应力准则；破裂压力升高至8.4~15.9 MPa，当水平应力比σH/σh≥1.5时，能量释放率（G）增至220 J/m²，促进裂纹分支化；多维监测信号表明，0~5 Hz信号对应稳定扩展阶段（da/dt<10⁻⁶ m/s，G<50 J/m²），而>100 Hz的峰值信号表明起裂阶段（G>150 J/m²）。结合二维稳态可压缩流体数值模型阐明井筒内压降梯度演化规律与温度场非均匀分布特征。本研究修正了热-水-力学耦合作用下横观各向同性岩石的动态断裂准则，并建立了基于力学的框架，用于将监测信号与裂缝扩展状态相关联。