超临界CO 2 压裂页岩复杂裂缝形成机理及等效渗流模型

发布时间：2023-03-11 18:46

　　超临界CO₂压裂作为一种新型无水压裂方法,应用于页岩气开发,能够有效解决我国页岩气富集区域普遍水资源短缺的问题,同时,相比于传统水力压裂技术,能有效避免页岩气储层中黏土水化膨胀,降低储层伤害。裂缝形态分布及水力特性对页岩气在储层中的渗流及产出规律具有决定性影响,超临界CO₂流体具有低黏度、强扩散性等特性,加之页岩储层中的原生不连续面,会使得裂缝形态及裂缝形成机理更为复杂。超临界CO₂压裂页岩产生的裂缝表面粗糙度、渗流路径、形态分布均与传统压裂单裂缝不同,传统粗糙裂缝闭合变形及渗流规律不再适用。在进行超临界CO₂压裂设计及产能预测时,亟需得到超临界CO₂压裂页岩裂缝的应力-渗流耦合机理。本文首先开展超临界CO₂压裂页岩模拟实验,结合同步声发射检测,压裂后DR扫描、CT扫描,探究超临界CO₂压裂页岩裂缝形态,以揭示超临界CO₂压裂页岩起裂扩展及复杂裂缝形成机理;然后通过Fluent数值模拟复杂裂缝内气体路径选择及渗流...

【文章页数】：101 页

【学位级别】：博士

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中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 问题的提出及研究意义
    1.2 国内外研究现状综述
        1.2.1 页岩储层超临界CO₂压裂技术的提出
        1.2.2 裂缝起裂扩展及形态研究现状
        1.2.3 裂缝渗流机理研究现状
        1.2.4 裂缝渗流-应力耦合研究现状
    1.3 研究内容、方法及技术路线
2 超临界CO₂压裂页岩复杂裂缝形成机理研究
    2.1 超临界CO₂流体性质
        2.1.1 CO₂相态特征
        2.1.2 超临界CO₂物理性质
    2.2 页岩试样性质测试
        2.2.1 页岩试样矿物组成
        2.2.2 页岩试样力学特征
        2.2.3 页岩试样孔隙特征
        2.2.4 超临界CO₂作用下页岩性质
    2.3 超临界CO₂压裂页岩实验
        2.3.1 实验装置及试件制备
        2.3.2 实验设计
        2.3.3 实验步骤
    2.4 超临界CO₂压裂页岩裂缝形态及形成机理
        2.4.1 超临界CO₂压裂压力曲线特征
        2.4.2 声发射特性及裂缝面形态
        2.4.3 超临界CO₂压裂页岩裂缝扩展机理
        2.4.4 天然裂缝对裂缝扩展的影响
        2.4.5 水平地应力差对裂缝形态的影响规律
    2.5 本章小结
3 超临界CO₂压裂页岩复杂裂缝等效渗流模型
    3.1 超临界CO₂压裂页岩裂缝形态分析
        3.1.1 复杂裂缝分类
        3.1.2 裂缝二值法提取
        3.1.3 裂缝参数统计
    3.2 单一粗糙裂缝渗流模型
    3.3 复杂裂缝渗流数值模拟
        3.3.1 Fluent裂隙流模拟简介
        3.3.2 数学模型
        3.3.3 几何模型
        3.3.4 边界条件及求解方法
        3.3.5 网格大小对计算精度的影响
    3.4 模拟结果分析
        3.4.1 超临界CO₂压裂页岩单裂缝摩擦系数
        3.4.2 超临界CO₂压裂页岩复杂裂缝等效渗流模型
    3.5 本章小结
4 真三轴条件下复杂裂缝闭合规律及渗流特性
    4.1 复杂裂缝闭合及其渗流规律
        4.1.1 多裂缝闭合规律
        4.1.2 复杂裂缝渗流-应力耦合模型
    4.2 三轴应力下复杂裂缝渗流实验
        4.2.1 实验装置及试件
        4.2.2 实验步骤
    4.3 复杂裂缝初始渗透率
    4.4 复杂裂缝三轴应力变形分析
        4.4.1 复杂裂缝残余缝宽
        4.4.2 裂缝闭合应力敏感因素分析
    4.5 三轴应力下渗流规律
        4.5.1 裂缝受压形态分析
        4.5.2 渗透率应力敏感因素分析
    4.6 本章小结
5 结论与展望
    5.1 主要研究内容与结论
    5.2 主要创新性成果
    5.3 下一步研究展望
致谢
参考文献
附录
    A．作者攻读博士学位期间发表主要论文目录
    B.作者攻读博士学位期间参加的主要科研项目



本文编号：3760046