【摘 要】
:
超临界CO2(ScCO2)作为无水压裂液,已尝试应用于水敏性页岩气储层改造,其可有效缓解水基压裂液引起的诸如大量水资源消耗、地下水污染和页岩储层渗透性损伤等问题,同时具有产生复杂缝网、强竞争吸附能力、促进CO2地质封存等优点。但由于超低粘度ScCO2携砂能力有限,无法携带传统尺寸支撑剂进入压裂裂缝。此外,传统尺寸支撑剂颗粒较大,无法进入大量压裂次级裂缝和天然裂缝中,造成有效支撑压裂缝网体积远低于改
论文部分内容阅读
超临界CO2(ScCO2)作为无水压裂液,已尝试应用于水敏性页岩气储层改造,其可有效缓解水基压裂液引起的诸如大量水资源消耗、地下水污染和页岩储层渗透性损伤等问题,同时具有产生复杂缝网、强竞争吸附能力、促进CO2地质封存等优点。但由于超低粘度ScCO2携砂能力有限,无法携带传统尺寸支撑剂进入压裂裂缝。此外,传统尺寸支撑剂颗粒较大,无法进入大量压裂次级裂缝和天然裂缝中,造成有效支撑压裂缝网体积远低于改造体积,降低了ScCO2压裂效果。因此,前人提出将ScCO2压裂与微支撑剂相结合的方式应用于页岩气储层改造中。本文针对传统尺寸支撑剂和微支撑剂在岩石表面的嵌入和破碎行为进行了对比实验研究,讨论了支撑剂粒径、铺置层数、岩石类型和状态等因素对支撑剂嵌入量和破碎率的影响。借助三维形貌光学扫描和超景深三维显微分析等技术对支撑剂嵌入量和破碎率进行了表征分析。此外,本文对页岩样品开展了一系列纳米压痕实验,探究不同页岩基质矿物的微观力学性质。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱(EDS)技术分析了ScCO2和水溶浸作用前后页岩基质微观力学性质的变化机理。最后,本文基于应力平衡条件、“扩展腔”半经验模型和半无限空间体模型,同时利用页岩基质微观力学参数,建立了微支撑剂弹塑性嵌入本构方程,并根据微支撑剂嵌入实验结果对其进行了验证。利用所建模型对微支撑剂在干燥页岩及ScCO2和水溶浸页岩表面的嵌入深度进行了对比研究。主要研究成果如下:(1)在铺置浓度相同,支撑剂粒径减小时,由于支撑剂应力集中现象降低,且小粒径支撑剂颗粒内部缺陷较少,导致破碎率与嵌入量降低。尤其对于325目微支撑剂而言,在各实验工况条件下均无明显的嵌入与破碎发生。对于同一粒径支撑剂而言,随着铺置层数的增多,单个支撑剂所承受的应力降低,支撑剂的嵌入量和破碎率将减小。此外,页岩基质的力学强度越高,岩石与支撑剂的力学强度差异增大,支撑剂越容易发生破碎,而不容易产生嵌入行为。(2)利用纳米压痕技术可获得可靠的页岩基质矿物微观力学参数,如石英、方解石、白云石和粘土矿物在ScCO2和水溶浸前的弹性模量E分别为101.60 GPa、64.61GPa、125.04 GPa和53.93 GPa,不同矿物网格纳米压痕数据的离散性表明页岩微观力学性质具有较强的非均质性。ScCO2和水溶浸后,由于溶解作用引起的晶体结构变化,不同的页岩矿物发生了不同程度的弹性模量E和硬度H值的降低,不同矿物的含量也发生了不同程度的变化。hf/hm和Wp/Wt的值可以结合P-h曲线所围成的滞回环来定性分析压痕过程中所产生的主要功和不可逆变形量。从压痕形貌观察,与其他矿物不同的是,粘土矿物中产生了大量微裂缝,这与压痕中产生明显的塑性变形量和其层状晶体结构密切相关。(3)基于微观力学参数计算获得的支撑剂临界嵌入深度dce和dcp表明实验中微支撑剂处于弹塑性嵌入阶段,结合微支撑剂嵌入实验研究结果,验证了支撑剂弹塑性嵌入本构模型的准确性和可行性。利用所建模型对比分析了微支撑剂在干燥页岩及ScCO2和水溶浸页岩表面的嵌入深度,由于ScCO2和水与页岩基质的化学反应引起微观力学强度的降低,从而导致微支撑剂嵌入深度的增大,例如在弹塑性变形阶段,闭合应力为50 MPa时,微支撑剂在溶浸页岩表面嵌入深度增加了约10%。
其他文献
干热岩作为最具有开发前景的地热资源,因其热量高、储量大等诸多优势而备受关注。由于干热岩储层高温低渗的特殊性,在开发过程中往往需要通过水压致裂或其他致裂的方式对储层进行人工改造。在致裂增透期间,高温储层与致裂介质的反复接触将会涉及到干热岩储层的热冷交变作用,而这种外界因素的影响,势必会造成干热岩储层的损伤劣化,引起储层的物理力学性质改变,同时也将会形成利于热量收集的高渗透性裂隙网络。基于上述背景,考
在碳达峰、碳中和战略目标下,天然气成为能源转型的主角,将助力我国经济高质量发展。盐岩具有低渗透性、良好的蠕变及损伤自愈等特性,通过水溶开采建造出的盐穴溶腔是一理想的储气场所。基于我国能源战略的巨大需求,大力发展盐穴储气库具有重要意义;同时我国盐矿废弃畸形溶腔分布广、数量大,若能进行扩容改造,则有利于盐岩资源高效利用。现水溶法采盐或造腔采用的单井油垫法存在“速度慢、腔体小、油污重”等问题,易引起腔体
城市生活垃圾焚烧(Municipal Solid Waste Incineration,MSWI)飞灰和铅锌冶炼渣均为体量大、具有一定重金属浸出风险的固体废物,若未经合理处置随意堆放,对生态环境和人群健康均会产生危害。本文以MSWI飞灰和铅锌冶炼渣为研究对象,对其进行基本理化特性分析后,以二者为原料制备了飞灰-冶炼渣碱激发材料,探究其重金属固化机制,并对其环境稳定性进行了探究,实现了对所含重金属的
岩石力学性质是工程设计和安全评价的重要依据。随着国家发布新时代推进西部大开发形成新格局的指导意见,西部寒区矿产逐渐成为国内矿产开发的关注点。寒区露天矿开采、地面建设,以及煤层气、页岩气开采中液氮致裂增透、矿井凿井工程中冻结凿井施工技术的推广、寒区铁路隧道冻害防治等工程均需考虑低温、超低温对岩石力学性质的影响。众多工程实践发现,低温对岩石的力学性质,尤其对岩石的断裂和破坏行为具有显著的影响。因此,低
煤炭消费需求新形势下,我国煤矿不断向深部要资源,同时不断提高机械化智能化水平,一系列大采高、特大采高开采技术和装备的投入和使用使得远场坚硬顶板问题愈发突出,为煤矿坚硬顶板防治提出了新问题和新挑战。作为坚硬顶板防治的重要手段之一,传统水力压裂技术因受控于最小主应力作用而只能形成垂直起裂和扩展的单一裂缝故而难以适用于远场坚硬顶板,直井径向水力割缝导向压裂则更具有优势,但是直井径向水力割缝导向压裂有关研
天然气水合物是一种能量密度高、分布广、规模大的清洁型新能源,开采利用前景广阔。近两年以来国内对水合物的需求持续增加,水合物开采研究更是被列入战略发展规划。我国境内蕴藏着大量水合物资源,其中青海祁连山冻土区在2008年进行了钻井勘探,确认其储存量巨大,适合大规模商业化开采。之后10年里开展了多次现场试采实验,取得一系列成果。为提供水合物开采所需的理论指导,本文通过相平衡实验和数值模拟,开展了祁连山冻
本文基于文献研究、试验研究及工程应用研究成果,研发了一种适用于装配式建筑用墙砖薄贴施工关键技术,其施工工艺包括:墙面拉毛→涂抹瓷砖胶→刮浆→贴瓷砖→瓷砖整平→勾缝→清洁处理。经工程实际应用表明,该技术具有瓷砖铺贴厚度薄、粘结强度高、空鼓率极低、工艺流程简便等诸多优点,减少了内墙贴砖复杂的传统装修工序,大大缩短了内墙装修施工作业时间,经济效益和社会效益显著。
以乙烯-醋酸乙烯共聚物/乙烯-α-烯烃的共聚物(EVA/POE)为基材,磷氮系无卤阻燃剂(HF-601AE)复配表面改性氢氧化铝(ATH)为阻燃体系,采用熔融混合法制备一种热缩管用无卤阻燃聚烯烃材料,研究不同配比下复合材料的极限氧指数、力学性能、电性能的变化规律,通过热失重分析(TGA)及对燃烧残炭形貌表征探究复合材料的阻燃机理。结果表明:聚烯烃材料为50份、阻燃剂HF-601AE为35份、ATH
煤炭是我国的主体能源。浅部煤炭资源开采殆尽促使我国大部分煤矿逐渐转入深部开采。“三高一扰动”的深部开采条件下,以冲击地压为代表的煤矿动力灾害越来越严重,严重危及煤矿的生产安全。研究冲击地压灾害的动-静态前兆信息指标及预警模型,对煤矿冲击地压的防治工作有重要的指导意义。本文以河南某煤矿为研究对象,通过对实验室煤样破坏的系列前兆信息指标展开研究,探究工程尺度下煤矿冲击地压灾害的监测预警方法,研究的主要
生产性服务业的高端化和集聚化是推动制造业转型升级的关键。本文基于集聚经济理论,结合高质量生产性服务业的行业特性,从知识溢出视角阐述了高质量生产性服务业集聚作用于制造业升级的内在机理,并综合运用微观企业数据和宏观城市数据经验分析了二者间的线性和非线性关系。研究结果表明:(1)高质量生产性服务业集聚不仅能直接推进制造业升级,还能通过内含的知识溢出效应间接推进制造业升级,上述结论在大中型城市样本和高技术