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一个有趣的事实是，根据工业创新科学部（DIIS）的数据，在过去十年中，澳大利亚的煤炭消费年均增长率下降了2％，而天然气的年均增长率为4.1％。这些统计数据清晰地表明，在能源消耗方面，澳大利亚正在从煤炭转变到天然气。由于对天然气的依赖程度逐渐增高，仅通过利用常规天然气很难满足需求。因此，需要使用储层改造技术来开采非常规天然气，如页岩气和致密气。在这些技术中，基于泡沫流体压裂技术在实现页岩气和致密气的有效开采方面具有最大的潜力。
最近的研究表明，基于泡沫的压裂液可形成更高的破裂压力（26.3 MPa），比基于水的破裂压力高29％（图1）。这主要是由于泡沫的粘度很高（150 mPa·s），比水高约200倍。结果还表明，由水力压裂诱发的裂缝形态与压裂液密切相关，与基于水的压裂液相比，基于泡沫的压裂液产生的复杂裂缝具有扭曲特点，且裂缝表面积更高（图2）。因此，使用基于泡沫的压裂液有助于提高天然气开采产量。此外，基于泡沫压裂释放的能量比传统的基于水压裂释放的能量高出约10倍，这是增强储层岩石中次生裂缝和微裂缝的有利条件。这将提高天然气开采中裂缝处理的生产率。
为研究压裂液注入流速对水力压裂及其相关裂缝特征的影响，我们对页岩样品进行了试验研究。结果表明，页岩的破裂压力随着泡沫注入流速的增加而增加（图3）。这是由于当与储层岩石接触时，泡沫不稳定，分解的气体会渗透到岩石中。另外，随着注入流速逐渐增加，达到破裂压力的时间逐渐减少，而总泡沫消耗逐渐增加。例如，当泡沫注入流速从10毫升/分钟增加到70毫升/分钟，破裂时间减少了80％，而用于压裂的泡沫消耗量增加了40％。因此，考虑到水力压裂的经济成本，低注入流速比高注入流速经济很多。
图1 基于水和泡沫压裂的样品（W1和F1）（a）注入压力和（b）累积能量随时间的变化
图2 基于泡沫压裂的样品表面形貌（a）三维视图（b）含表面等高线的二维视图（所有单位均为mm）
图3 不同注入流速条件下的孔底压力随时间变化特征
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