頁岩貯層におけるメタン燃爆破砕は、新しい無水破砕技術として、一時的な高圧破砕および井戸付近での迅速な改造の可能性を有する。しかし、実際の井筒制約および周囲圧力条件を考慮した場合、異なる射孔方式が燃爆エネルギーの放出、亀裂の発生・拡大、およびケーシングの完全性に及ぼす影響メカニズムは明確でない。この問題に対し、本研究は超大型真三軸破砕物理シミュレーション実験プラットフォームを基盤とし、「ケーシング-射孔-貯層-燃爆」一体化物理シミュレーションシステムを構築した。2 m×2 m×1 mの大規模メタン燃爆破砕実験を実施し、180°定向射孔と60°螺旋射孔の2つの典型的な工況を設計した。異なる工況下での燃爆圧力応答、射孔孔状状態、破砕後の亀裂形態およびケーシングの完全性を比較分析した。結果は以下の通りである。①メタン燃爆は極めて短時間で大振幅の瞬間圧力を発生させることができ、2群の実験燃爆作業筒内圧ピーク値はそれぞれ1219.00 MPa、967.13 MPaに達したが、ケーシング管壁に伝達された圧力は迅速に316.97 MPa、256.63 MPaまで減衰し、ピーク減衰率はそれぞれ約74％、73％であった。②燃爆破砕は一定程度、水平応力差による亀裂走向の単一制御を弱め、主亀裂が井筒軸方向に展開することを可能にした。③燃爆後、2群のケーシングは部分的な射孔孔眼箇所に軽微な摩耗が認められたが、明らかな屈曲、拡径、裂断や塑性変形は発生せず、本実験の周囲圧および射孔パラメータ条件下でP110ケーシングは良好な燃爆衝撃耐性を有することを示した。④射孔パラメータは、燃爆ガス放出経路および亀裂幾何形態調整の鍵因子であり、180°定向射孔は「縦方向主体、横方向補助、多枝状」の複雑な亀裂ネットワークを形成し、60°螺旋射孔は高連結性、長延伸、形状規則的な主亀裂を形成しやすい。本研究は、周囲圧制約下における射孔方式がメタン燃爆破砕のエネルギー放出および亀裂形成に及ぼす調整作用を明らかにし、メタン燃爆破砕工法パラメータの最適化、井筒安全性評価および工学的適用性評価に実験的根拠を提供する。

頁岩貯層;メタン燃爆破砕;超大型真三軸破砕;射孔方式;亀裂拡大