本文關(guān)鍵詞：超臨界二氧化碳作用下頁巖力學(xué)特性研究

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【摘要】：高效開發(fā)頁巖氣是緩解我國能源供需矛盾、保障能源安全的重大戰(zhàn)略需求。針對(duì)我國缺水地區(qū)粘土含量高的頁巖氣儲(chǔ)層,現(xiàn)有水平井+多段壓裂技術(shù)存在耗水量大、粘土遇水易膨脹的問題,研究團(tuán)隊(duì)提出采用超臨界二氧化碳?jí)毫验_采頁巖氣的研究思路。然而,用二氧化碳替代常規(guī)水基壓裂液進(jìn)行頁巖壓裂時(shí),在物理、化學(xué)等作用下二氧化碳必將對(duì)頁巖體的物理力學(xué)特性產(chǎn)生重大影響,進(jìn)而影響壓裂裂縫的起裂與擴(kuò)展機(jī)理,因此,開展超臨界二氧化碳注入后頁巖力學(xué)特性變化規(guī)律與機(jī)制研究是后續(xù)進(jìn)行超臨界二氧化碳?jí)毫褭C(jī)理研究的前提與關(guān)鍵。本文以四川盆地志留系龍馬溪組頁巖為研究樣本,采用自主研制的耐二氧化碳中間容器對(duì)其進(jìn)行不同時(shí)間條件下的超臨界二氧化碳浸泡試驗(yàn),并通過劈裂試驗(yàn)、單軸壓縮試驗(yàn)和三軸壓縮試驗(yàn),獲得浸泡前后頁巖的力學(xué)性質(zhì)及聲發(fā)射特征的變化規(guī)律,進(jìn)而結(jié)合XRD、SEM測(cè)試,從頁巖礦物組成及微觀結(jié)構(gòu)方面分析了超臨界二氧化碳對(duì)頁巖力學(xué)特性的作用機(jī)制。取得的主要研究成果如下:(1)揭示了頁巖力學(xué)性質(zhì)隨超臨界二氧化碳浸泡時(shí)間的演化規(guī)律。超臨界二氧化碳作用下,隨浸泡時(shí)間的加長頁巖抗拉強(qiáng)度的損失率分別為18.7%、19.55%、22.7%、27.7%、32.8%;三軸抗壓強(qiáng)度的損失率分別為6.6%、9.1%、10.0%、13.8%、15.3%;單軸抗壓強(qiáng)度的損失率分別為9.8%、15.9%、20.2%、21.3%、25.0%,各力學(xué)參數(shù)的損失量隨浸泡時(shí)間呈增大的變化規(guī)律,但增大的幅度則呈減小趨勢(shì)。表明超臨界二氧化碳浸泡對(duì)頁巖力學(xué)特性具有明顯的劣化效應(yīng)。(2)通過超臨界二氧化碳浸泡前后頁巖單軸壓縮下的聲發(fā)射試驗(yàn),分析了超臨界二氧化碳對(duì)頁巖聲發(fā)射特征的影響規(guī)律。浸泡后頁巖的累計(jì)聲發(fā)射計(jì)數(shù)平均值明顯大于未浸泡頁巖的累計(jì)聲發(fā)射計(jì)數(shù),且聲發(fā)射能量大信號(hào)所占比例增大,表明超臨界二氧化碳作用下頁巖強(qiáng)度減弱,內(nèi)部裂紋增加,且更容易產(chǎn)生大裂紋。(3)揭示了超臨界二氧化碳劣化頁巖力學(xué)特性的微觀作用機(jī)制。浸泡前后頁巖的XRD、SEM測(cè)試結(jié)果表明頁巖中方解石、白云石、黃鐵礦等礦物成分含量均隨浸泡時(shí)間增長逐步下降,使頁巖的膠結(jié)程度降低,黏聚力下降;且浸泡后頁巖表面形貌較浸泡前更為粗糙,孔隙更為發(fā)育,出現(xiàn)了更為明顯的蜂窩狀孔隙,進(jìn)而導(dǎo)致其力學(xué)特性發(fā)生不同程度的劣化。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TE37

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