应力作用下的储层页岩力学性能及其渗透性研究

论文摘要

“清洁低碳”的天然气作为优质的清洁能源,符合国际社会的发展要求。近年来,我国天然气产量也一直处于稳定增长态势,但增速远不及天然气消费量,2018年天然气进口量1254亿立方米,同比增长31.7%,对外依存度攀升至45.3%。可见,全面提升天然气产量是优化我国能源结构、构建开放条件下天然气安全保障体系的重要基础。而我国页岩气藏储量大,开发潜力大,开展自主勘探开发页岩气是解决当前天然气紧缺问题的重要举措。基于对北美页岩气开发技术的追踪及其我国示范基地的发展,产量逐年递增,但与北美相比差异较大。因此,形成符合我国页岩气储层的开发技术是关键,而储层渗透率作为影响页岩产能的重要因素之一,是当前亟待解决的关键课题。因此,研究复杂赋存环境中的页岩力学特性及其渗透性具有重要的意义。以现场采集的龙马溪组露头页岩为研究对象,进行了三轴应力作用下的页岩力学性能及渗透性试验,分析原页岩、水化页岩及酸化页岩的力学参数变化、破坏特征及渗透率变化规律,理论分析荷载作用下的页岩应变、损伤变量与渗透率的关联性,揭示页岩损伤过程中的渗透性演化机理。论文结合试验分析、理论研究及数值模拟,获得了如下研究成果:（1）进行不同层理倾角的页岩力学特性试验,分析了页岩在荷载作用下的力学响应特征。其结果表明:应力作用下的各类页岩力学参数各向异性特征显著;页岩的层理倾角由0°到90°增大时,其弹性模量随之增大,峰值强度先减小后增大;加载过程中的裂纹首先出现在层理面,沿轴向加载方向形成竖向裂纹,逐渐贯通形成破坏面,大多表现为沿层理面的脆性破坏。（2）开展不同浸泡液的页岩力学特性试验,对比分析原页岩、水化页岩和酸化页岩的力学特性。其结果表明:页岩进行酸化、水化处理后,其弹性模量、内摩擦角、粘聚力和强度峰值相比原岩显著降低,且酸化页岩的力学参数降低更多。（3）进一步开展页岩在应力作用下的渗透试验,分析了荷载作用下的页岩渗透率的变化规律。其结果表明:特定荷载作用下,其渗透率表现为初始阶段平缓、缓慢增大、急剧增大、快速减小的变化趋势,其变化与应力作用下的页岩渐裂破坏的四个阶段密切相关。在此基础上,基于损伤-渗流力学理论,建立损伤变量表达的渗透率演化模型,揭示荷载诱发页岩损伤的渗透性机理。（4）采用有限元析软件COMSOL Mutiphysics模拟页岩力学和渗流特性的结果表明:应力作用下的页岩水力学特性试验结果与模拟结果具有一致性,且数值模拟能较好地再现荷载诱发页岩损伤的渗透率演化过程,其研究成果对解决工程储层页岩的实际问题具有重要意义。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 周虎

导师: 刘先珊

关键词: 页岩,应力作用,力学性能,渗透特性,损伤

来源: 重庆大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,石油天然气工业

单位: 重庆大学

分类号: P618.13

DOI: 10.27670/d.cnki.gcqdu.2019.000592

总页数: 91

文件大小: 3076k

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