셰일 저장층 메탄 연소 폭파 파쇄는 신형 무수 파쇄 기술로서 순간 고압 파쇄 및 근정 빠른 개조 잠재력을 가지고 있으나, 실제 유정 제한 및 주위 압력 조건을 고려할 때, 다양한 천공 방식이 연소 폭파 에너지 방출, 균열 시작 및 확장, 케이싱 무결성에 미치는 영향 기작은 아직 불명확하다. 이에 본 연구는 초대형 진삼축 파쇄 물리 모사 실험 플랫폼을 바탕으로 "케이싱-천공-저장층-연소 폭파" 일체형 물리 모사 시스템을 구축하여 2 m×2 m×1 m 크기의 대형 메탄 연소 폭파 파쇄 실험을 수행하였으며, 180° 방향 천공과 60° 나선 천공 두 가지 전형적 공정을 설계하여 서로 다른 공정 하의 폭파 압력 반응, 천공 구멍 상태, 파쇄 후 균열 형태 및 케이싱 무결성을 비교 분석하였다. 결과는 다음과 같다: ① 메탄 연소 폭파는 매우 짧은 시간 안에 고진폭 순간 압력을 발생시킬 수 있으며, 두 그룹 실험의 폭파 작동 실린더 내강 압력 피크값은 각각 1219.00, 967.13 MPa에 달했으나, 케이싱 벽면에 전달된 압력은 빠르게 316.97, 256.63 MPa로 감소하여 피크 감소율은 각각 약 74%, 73%였다; ② 연소 폭파 파쇄는 수평 응력 차이에 의한 균열 방향의 단일 통제를 일정 정도 약화시켜 주균열이 유정 축 방향으로 확장되게 하였다; ③ 폭파 후 두 그룹 케이싱은 일부 천공 구멍 부위에서 경미한 마모만 발생하였고, 뚜렷한 굽힘, 확장, 파열 또는 소성 변형은 발생하지 않아 본 실험 주위 압력 및 천공 매개변수 조건에서 P110 케이싱이 우수한 연소 폭파 충격 저항 능력을 가짐을 나타냈다; ④ 천공 매개변수는 연소 가스 방출 경로 및 균열 기하형태 조절의 핵심 요소로, 180° 방향 천공은 "종방향 주도, 횡방향 보조, 다가지" 복잡 균열 네트워크를 발달시켰고 60° 나선 천공은 연결성이 높고 길게 확장되며 형태 규칙적인 주균열을 쉽게 생성하였다. 본 연구는 주위 압력 제한 하에서 천공 방식이 메탄 연소 폭파 파쇄 에너지 방출 및 균열 형성에 미치는 조절 작용을 밝혀 메탄 연소 폭파 파쇄 공정 매개변수 최적화, 유정 안전성 평가 및 공학적 적용성 평가에 실험적 근거를 제공한다.

셰일 저장층; 메탄 연소 폭파 파쇄; 초대형 진삼축 파쇄; 천공 방식; 균열 확장