真三轴条件下岩石水力与气体致裂裂隙扩展规律试验研究

发布时间：2020-04-15 21:26

【摘要】：传统的水力致裂技术在非常规油气储层增透开发中存在压裂液污染、粘土矿物水化和压裂缝网简单等缺陷,探索新型的无水致裂方法与技术是当前非常规油气开采与岩石力学研究领域的热点和难题。本文利用自行研制的一套岩石真三轴水力/气体致裂试验系统,进行了一系列真三轴条件下岩石水力致裂、气体渗透致裂和气体脉冲致裂试验,深入研究了不同真三轴地应力条件以及不同致裂方式影响下岩石中裂隙网络扩展演化规律,并结合理论分析与数值模拟,探讨了真三轴条件下岩石水力致裂与气体致裂机理。论文主要取得了以下研究成果:(1)采用自主研制的岩石真三轴水力与气体致裂试验系统,开展了一系列岩石真三轴水力致裂、气体渗透致裂和脉冲气体致裂试验,得到了岩石致裂过程中的注水/注气压力的变化规律及不同地应力与致裂方式作用下的起裂压力特征。(2)利用声发射监测技术,对岩石水力与气体致裂的全过程进行了实时监测分析,得到了真三轴条件下水力与气体致裂诱导的岩石内部声发射活动规律与特征参数,揭示了不同致裂方式作用下试样内部微破裂演化特征的差异。(3)开展了岩石水力与气体致裂后试样的CT扫描试验,获得了一系列试样内部裂隙空间几何形态特征及分布规律的CT重构图像,揭示了不同真三轴地应力条件以及不同致裂方式对岩石内部裂隙扩展模式及演化特征的影响规律。(4)基于岩石水力与气体致裂试验结果,建立了不可渗透条件下岩石真三轴水力和气体致裂三维数值模型和可渗透条件下的二维渗流-应力耦合理论分析模型,以及考虑脉冲气体作用的岩石裂隙扩展模型,初步探讨了岩石水力与气体致裂裂隙起裂与扩展机理。
【图文】：

技术路线图

为了开展岩石水力与气体致裂对比试验，在真三轴试验系统的基础上，，配套设计出本水力与气体致裂试验系统，设计过程中需注意以下几点要求：（1）安全性：试验系统需安装有安全阀和紧急泄压阀，防止在试验过程中储气压力过高，造成设备及试验人员的损伤。（2）稳定性：为得到良好的试验效果，试验过程中系统应提供稳定的注气压力和注水压力，避免压力的波动对试验结果的影响。（3）可靠性：保证试验过程中，致裂流体实时压力的控制和采集。开发的试验系统示意图及实物如图 2-1 和 2-2 所示。试验系统主要由真三轴试验系统、岩石水力与气体致裂系统和声发射系统组成。真三轴试验系统包括：架式机架、三向伺服控制加载系统、数据采集及操控系统。岩石水力与气体致裂系统包括：气体致裂系统和水力致裂系统，共同集成在一个操作平台上。声发射系统包括：声发射信号采集系统和声发射信号处理系统。真三轴加载试验系统和水力与气体致裂系统在结构上是相互独立的，方便拆装。本试验系统为深入揭示真三轴条件下岩石不同致裂手段裂隙扩展演化规律提供了重要的测试手段。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE357.1

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本文编号：2628998