基于动力致裂的泥页岩裂网实时检测及形成机理研究

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页岩气作为21世纪的一种新型能源,因其高效环保的特点深受人们关注。目前,通常采用水压致裂的方式来开采页岩气,开采方式比较单一,由于人们对新型非常规能源储层特性规律认识不全,没有一套行之有效的开采方案,致使页岩气的开采效率低下,造成大量的资源浪费。因此,研究对于如何提高对页岩气储层进行改造的效率有着极其重要的现实意义。本文提出一种新型的岩石致裂手段,采用相关室内试验和数值模拟的方法,再结合现有理论进行分析,探究此致裂方式的可行性及致裂效果。首先,利用相似材料制做岩体模型,通过人工加设不同动荷载条件的效果来模拟岩体内部的运动,从而达到使岩体内部产生不同裂网的效果。其次,采用传统室内渗流试验评价不同动载情况下岩体的渗透率,通过在装置出水入水口分别埋入导电材料以及导线,连接到电化学工作站,来测得相关电化学数据。最后,结合ANSYS/LS-DYNA数值分析软件来创建相关试验模型,设定好不同的相关参数,即在不同条件下页岩产生不同裂网,从而分析页岩裂网的形成机理。结果表明:(1)通过自行设计的岩石致裂及岩石裂网检测装置,所得到的渗透系数值明显大于经典渗透系数值,说明动力致裂的方式效果明显。(2)经过不同程度动荷载致裂的岩石模型在相同的时刻,其相位角在低频段时存在较大的差异,随着频段的提高,其差异逐渐发生减小的趋势,最终在高频段各组岩石模型的相位角达到了相对统一的水平。(3)炸药的摆放方式和摆放数量,对于岩体内部的致裂效果起着至关重要的作用,相对细长的炸药对岩石致裂后形成相对狭长的裂网,相对粗长的炸药对岩石致裂后形成相对宽广的裂网。(4)相对大量炸药在岩石内部的致裂过程对比相对少量炸药在岩石内部的致裂过程,虽然两者的过程时长都比较短,但是前者的整体时长比后者的整体时长要长,前者表现为“能量大,速度快”,后者表现为“能量小,速度慢”。总体上,本文通过室内试验和数值模拟证明了采用动力致裂的方式对泥页岩进行开采,是一套行之有效的方案,可以进行更深层次的研究。研究成果对于探究新的泥页岩致裂方式和提高泥页岩的开采效率,具有重要的工程意义和参考价值。
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