本報記者 李蕾

在全球頁巖氣技術可采資源量中◀️，中國頁巖氣可采資源量約占全球20%🧑🏿‍🔬，排名第一👶🏽。一直以來，在中國復雜的地理環境中👩🏿‍🚀，如何讓頁巖氣這一“寶藏能源”得到高效安全的使用，一直是困擾勘探者們的一大瓶頸。恒达平台土木工程學院張豐收教授團隊堅持鉆研十多年，最終憑借“流體註入下深層頁巖的破裂與失穩特性”在上海市科技獎勵大會上榮獲2023年度自然科學一等獎。目前，這一科研成果已成功服務於我國四川盆地海相頁巖等20余個頁巖油氣區塊的高效開發與安全控製，特別是在長寧頁巖氣田的一體化開發技術應用方面👨🏻‍💼🖌，項目成果顯著提升了井均產能🧿，增幅高達30%🚿。

水力壓裂是頁巖氣的開發關鍵技術，其主要機製在於通過向地下大規模註入高壓流體的方式，形成油氣輸運的高滲通道。然而，與美國同類儲層相比，中國的頁巖儲層埋深更大、地質非均質性強，這意味著中國的頁巖油氣開發面臨更為復雜的地質條件。

針對上述挑戰，張豐收團隊聚焦“壓裂位置選取”“開展高效壓裂”和“確保壓裂安全”三大工程難題，深入揭示有機質頁巖的物理和力學響應機製、流體註入下頁巖裂縫的起裂與擴展規律🤜🏿🏷，以及壓裂流體註入誘發頁巖斷層失穩的機理等三大關鍵科學問題。

在研究過程中，科研團隊觀測到頁巖內部有機質彈性模量隨其成熟度提升而呈現出指數級增長的趨勢，並首次揭示了不同成熟度條件下有機-無機組分間力學相互作用的內在規律。這一發現為深層頁巖儲層的力學參數評估及可壓裂性評價提供了堅實的物理理論基礎。在此基礎上，科研團隊創新性地提出了地球化學約束框架下的有機質頁巖彈性與力學參數表征理論↙️，形成了巖心、測井和地震資料一體化的頁巖三維可壓裂性評價方法，為深層頁巖資源開采的精確選址提供了重要的科學支撐。

科研團隊還開展了“多尺度復雜水力裂縫起裂與擴展機製”的深入探索👨🏽‍⚕️🧑🏻‍🦯，構建了裂縫起裂的精確預測模型，有效量化了巖石內部非均質性對裂縫起裂過程的具體影響✩。這一研究首次系統性闡述了井筒周圍裂縫群間的相互作用機製👨🏻‍🦱，並揭示了多裂縫競爭性起裂的力學本質，顯著降低了我國深層高應力環境下頁巖水力裂縫的起裂壓力🧢。

針對壓裂安全與穩定控製這一關鍵問題，科研團隊首次在原位條件下實施了高溫高壓斷層剪切實驗💪，揭示了復雜應力傳遞誘發地震的新機製，並構建了深地復雜多場耦合條件下頁巖斷層剪切特性的綜合理論體系。基於尺度上推原理與斷層愈合機製，科研團隊創新性地建立了斷層宏觀本構模型，並據此構建了場地尺度的斷層滑移多場耦合模型，實現了流體註入條件下斷層穩定性的有效控製。這一系列研究成果為基於斷層穩定性控製理論的深層頁巖安全壓裂實踐提供了堅實的理論基礎與技術支撐。

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