【摘要】：傳統(tǒng)的水力致裂技術(shù)在非常規(guī)油氣儲(chǔ)層增透開發(fā)中存在壓裂液污染、粘土礦物水化和壓裂縫網(wǎng)簡(jiǎn)單等缺陷,探索新型的無水致裂方法與技術(shù)是當(dāng)前非常規(guī)油氣開采與巖石力學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難題。本文利用自行研制的一套巖石真三軸水力/氣體致裂試驗(yàn)系統(tǒng),進(jìn)行了一系列真三軸條件下巖石水力致裂、氣體滲透致裂和氣體脈沖致裂試驗(yàn),深入研究了不同真三軸地應(yīng)力條件以及不同致裂方式影響下巖石中裂隙網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展演化規(guī)律,并結(jié)合理論分析與數(shù)值模擬,探討了真三軸條件下巖石水力致裂與氣體致裂機(jī)理。論文主要取得了以下研究成果:(1)采用自主研制的巖石真三軸水力與氣體致裂試驗(yàn)系統(tǒng),開展了一系列巖石真三軸水力致裂、氣體滲透致裂和脈沖氣體致裂試驗(yàn),得到了巖石致裂過程中的注水/注氣壓力的變化規(guī)律及不同地應(yīng)力與致裂方式作用下的起裂壓力特征。(2)利用聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù),對(duì)巖石水力與氣體致裂的全過程進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析,得到了真三軸條件下水力與氣體致裂誘導(dǎo)的巖石內(nèi)部聲發(fā)射活動(dòng)規(guī)律與特征參數(shù),揭示了不同致裂方式作用下試樣內(nèi)部微破裂演化特征的差異。(3)開展了巖石水力與氣體致裂后試樣的CT掃描試驗(yàn),獲得了一系列試樣內(nèi)部裂隙空間幾何形態(tài)特征及分布規(guī)律的CT重構(gòu)圖像,揭示了不同真三軸地應(yīng)力條件以及不同致裂方式對(duì)巖石內(nèi)部裂隙擴(kuò)展模式及演化特征的影響規(guī)律。(4)基于巖石水力與氣體致裂試驗(yàn)結(jié)果,建立了不可滲透條件下巖石真三軸水力和氣體致裂三維數(shù)值模型和可滲透條件下的二維滲流-應(yīng)力耦合理論分析模型,以及考慮脈沖氣體作用的巖石裂隙擴(kuò)展模型,初步探討了巖石水力與氣體致裂裂隙起裂與擴(kuò)展機(jī)理。
【圖文】：

技術(shù)路線圖

為了開展巖石水力與氣體致裂對(duì)比試驗(yàn)，在真三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，，配套設(shè)計(jì)出本水力與氣體致裂試驗(yàn)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)過程中需注意以下幾點(diǎn)要求：（1）安全性：試驗(yàn)系統(tǒng)需安裝有安全閥和緊急泄壓閥，防止在試驗(yàn)過程中儲(chǔ)氣壓力過高，造成設(shè)備及試驗(yàn)人員的損傷。（2）穩(wěn)定性：為得到良好的試驗(yàn)效果，試驗(yàn)過程中系統(tǒng)應(yīng)提供穩(wěn)定的注氣壓力和注水壓力，避免壓力的波動(dòng)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。（3）可靠性：保證試驗(yàn)過程中，致裂流體實(shí)時(shí)壓力的控制和采集。開發(fā)的試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖及實(shí)物如圖 2-1 和 2-2 所示。試驗(yàn)系統(tǒng)主要由真三軸試驗(yàn)系統(tǒng)、巖石水力與氣體致裂系統(tǒng)和聲發(fā)射系統(tǒng)組成。真三軸試驗(yàn)系統(tǒng)包括：架式機(jī)架、三向伺服控制加載系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及操控系統(tǒng)。巖石水力與氣體致裂系統(tǒng)包括：氣體致裂系統(tǒng)和水力致裂系統(tǒng)，共同集成在一個(gè)操作平臺(tái)上。聲發(fā)射系統(tǒng)包括：聲發(fā)射信號(hào)采集系統(tǒng)和聲發(fā)射信號(hào)處理系統(tǒng)。真三軸加載試驗(yàn)系統(tǒng)和水力與氣體致裂系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上是相互獨(dú)立的，方便拆裝。本試驗(yàn)系統(tǒng)為深入揭示真三軸條件下巖石不同致裂手段裂隙擴(kuò)展演化規(guī)律提供了重要的測(cè)試手段。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TE357.1

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本文編號(hào)：2628998