超臨界CO 2 壓裂頁巖復雜裂縫形成機理及等效滲流模型
發(fā)布時間：2023-03-11 18:46
超臨界CO2壓裂作為一種新型無水壓裂方法,應用于頁巖氣開發(fā),能夠有效解決我國頁巖氣富集區(qū)域普遍水資源短缺的問題,同時,相比于傳統(tǒng)水力壓裂技術,能有效避免頁巖氣儲層中黏土水化膨脹,降低儲層傷害。裂縫形態(tài)分布及水力特性對頁巖氣在儲層中的滲流及產(chǎn)出規(guī)律具有決定性影響,超臨界CO2流體具有低黏度、強擴散性等特性,加之頁巖儲層中的原生不連續(xù)面,會使得裂縫形態(tài)及裂縫形成機理更為復雜。超臨界CO2壓裂頁巖產(chǎn)生的裂縫表面粗糙度、滲流路徑、形態(tài)分布均與傳統(tǒng)壓裂單裂縫不同,傳統(tǒng)粗糙裂縫閉合變形及滲流規(guī)律不再適用。在進行超臨界CO2壓裂設計及產(chǎn)能預測時,亟需得到超臨界CO2壓裂頁巖裂縫的應力-滲流耦合機理。本文首先開展超臨界CO2壓裂頁巖模擬實驗,結合同步聲發(fā)射檢測,壓裂后DR掃描、CT掃描,探究超臨界CO2壓裂頁巖裂縫形態(tài),以揭示超臨界CO2壓裂頁巖起裂擴展及復雜裂縫形成機理;然后通過Fluent數(shù)值模擬復雜裂縫內(nèi)氣體路徑選擇及滲流...
【文章頁數(shù)】：101 頁
【學位級別】：博士
【文章目錄】：
中文摘要
英文摘要
1 緒論
1.1 問題的提出及研究意義
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述
1.2.1 頁巖儲層超臨界CO2壓裂技術的提出
1.2.2 裂縫起裂擴展及形態(tài)研究現(xiàn)狀
1.2.3 裂縫滲流機理研究現(xiàn)狀
1.2.4 裂縫滲流-應力耦合研究現(xiàn)狀
1.3 研究內(nèi)容、方法及技術路線
2 超臨界CO2壓裂頁巖復雜裂縫形成機理研究
2.1 超臨界CO2流體性質(zhì)
2.1.1 CO2相態(tài)特征
2.1.2 超臨界CO2物理性質(zhì)
2.2 頁巖試樣性質(zhì)測試
2.2.1 頁巖試樣礦物組成
2.2.2 頁巖試樣力學特征
2.2.3 頁巖試樣孔隙特征
2.2.4 超臨界CO2作用下頁巖性質(zhì)
2.3 超臨界CO2壓裂頁巖實驗
2.3.1 實驗裝置及試件制備
2.3.2 實驗設計
2.3.3 實驗步驟
2.4 超臨界CO2壓裂頁巖裂縫形態(tài)及形成機理
2.4.1 超臨界CO2壓裂壓力曲線特征
2.4.2 聲發(fā)射特性及裂縫面形態(tài)
2.4.3 超臨界CO2壓裂頁巖裂縫擴展機理
2.4.4 天然裂縫對裂縫擴展的影響
2.4.5 水平地應力差對裂縫形態(tài)的影響規(guī)律
2.5 本章小結
3 超臨界CO2壓裂頁巖復雜裂縫等效滲流模型
3.1 超臨界CO2壓裂頁巖裂縫形態(tài)分析
3.1.1 復雜裂縫分類
3.1.2 裂縫二值法提取
3.1.3 裂縫參數(shù)統(tǒng)計
3.2 單一粗糙裂縫滲流模型
3.3 復雜裂縫滲流數(shù)值模擬
3.3.1 Fluent裂隙流模擬簡介
3.3.2 數(shù)學模型
3.3.3 幾何模型
3.3.4 邊界條件及求解方法
3.3.5 網(wǎng)格大小對計算精度的影響
3.4 模擬結果分析
3.4.1 超臨界CO2壓裂頁巖單裂縫摩擦系數(shù)
3.4.2 超臨界CO2壓裂頁巖復雜裂縫等效滲流模型
3.5 本章小結
4 真三軸條件下復雜裂縫閉合規(guī)律及滲流特性
4.1 復雜裂縫閉合及其滲流規(guī)律
4.1.1 多裂縫閉合規(guī)律
4.1.2 復雜裂縫滲流-應力耦合模型
4.2 三軸應力下復雜裂縫滲流實驗
4.2.1 實驗裝置及試件
4.2.2 實驗步驟
4.3 復雜裂縫初始滲透率
4.4 復雜裂縫三軸應力變形分析
4.4.1 復雜裂縫殘余縫寬
4.4.2 裂縫閉合應力敏感因素分析
4.5 三軸應力下滲流規(guī)律
4.5.1 裂縫受壓形態(tài)分析
4.5.2 滲透率應力敏感因素分析
4.6 本章小結
5 結論與展望
5.1 主要研究內(nèi)容與結論
5.2 主要創(chuàng)新性成果
5.3 下一步研究展望
致謝
參考文獻
附錄
A．作者攻讀博士學位期間發(fā)表主要論文目錄
B.作者攻讀博士學位期間參加的主要科研項目
本文編號：3760046
【文章頁數(shù)】：101 頁
【學位級別】：博士
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中文摘要
英文摘要
1 緒論
1.1 問題的提出及研究意義
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述
1.2.1 頁巖儲層超臨界CO2壓裂技術的提出
1.2.2 裂縫起裂擴展及形態(tài)研究現(xiàn)狀
1.2.3 裂縫滲流機理研究現(xiàn)狀
1.2.4 裂縫滲流-應力耦合研究現(xiàn)狀
1.3 研究內(nèi)容、方法及技術路線
2 超臨界CO2壓裂頁巖復雜裂縫形成機理研究
2.1 超臨界CO2流體性質(zhì)
2.1.1 CO2相態(tài)特征
2.1.2 超臨界CO2物理性質(zhì)
2.2 頁巖試樣性質(zhì)測試
2.2.1 頁巖試樣礦物組成
2.2.2 頁巖試樣力學特征
2.2.3 頁巖試樣孔隙特征
2.2.4 超臨界CO2作用下頁巖性質(zhì)
2.3 超臨界CO2壓裂頁巖實驗
2.3.1 實驗裝置及試件制備
2.3.2 實驗設計
2.3.3 實驗步驟
2.4 超臨界CO2壓裂頁巖裂縫形態(tài)及形成機理
2.4.1 超臨界CO2壓裂壓力曲線特征
2.4.2 聲發(fā)射特性及裂縫面形態(tài)
2.4.3 超臨界CO2壓裂頁巖裂縫擴展機理
2.4.4 天然裂縫對裂縫擴展的影響
2.4.5 水平地應力差對裂縫形態(tài)的影響規(guī)律
2.5 本章小結
3 超臨界CO2壓裂頁巖復雜裂縫等效滲流模型
3.1 超臨界CO2壓裂頁巖裂縫形態(tài)分析
3.1.1 復雜裂縫分類
3.1.2 裂縫二值法提取
3.1.3 裂縫參數(shù)統(tǒng)計
3.2 單一粗糙裂縫滲流模型
3.3 復雜裂縫滲流數(shù)值模擬
3.3.1 Fluent裂隙流模擬簡介
3.3.2 數(shù)學模型
3.3.3 幾何模型
3.3.4 邊界條件及求解方法
3.3.5 網(wǎng)格大小對計算精度的影響
3.4 模擬結果分析
3.4.1 超臨界CO2壓裂頁巖單裂縫摩擦系數(shù)
3.4.2 超臨界CO2壓裂頁巖復雜裂縫等效滲流模型
3.5 本章小結
4 真三軸條件下復雜裂縫閉合規(guī)律及滲流特性
4.1 復雜裂縫閉合及其滲流規(guī)律
4.1.1 多裂縫閉合規(guī)律
4.1.2 復雜裂縫滲流-應力耦合模型
4.2 三軸應力下復雜裂縫滲流實驗
4.2.1 實驗裝置及試件
4.2.2 實驗步驟
4.3 復雜裂縫初始滲透率
4.4 復雜裂縫三軸應力變形分析
4.4.1 復雜裂縫殘余縫寬
4.4.2 裂縫閉合應力敏感因素分析
4.5 三軸應力下滲流規(guī)律
4.5.1 裂縫受壓形態(tài)分析
4.5.2 滲透率應力敏感因素分析
4.6 本章小結
5 結論與展望
5.1 主要研究內(nèi)容與結論
5.2 主要創(chuàng)新性成果
5.3 下一步研究展望
致謝
參考文獻
附錄
A．作者攻讀博士學位期間發(fā)表主要論文目錄
B.作者攻讀博士學位期間參加的主要科研項目
本文編號：3760046
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