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中国石油大学学报（自然科学版） 2022年第5期46卷 98-105页

作者：袁士宝王豪孙健王燕蒋海岩西安石油大学石油工程学院陕西西安710065 中国石油长庆油田分公司第一采油厂陕西延安716000 中科院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430064

基于离散元构建考虑页岩层理特征的颗粒流模型,进而改进微观参数标定方法并对页岩颗粒流力学模型微观参数进行系统标定,利用页岩颗粒流热力耦合模型研究加热方式、天然微裂缝及围压对页岩热致裂缝演化的影响。结果表明:100℃下即可产生... 详细信息

基于离散元构建考虑页岩层理特征的颗粒流模型,进而改进微观参数标定方法并对页岩颗粒流力学模型微观参数进行系统标定,利用页岩颗粒流热力耦合模型研究加热方式、天然微裂缝及围压对页岩热致裂缝演化的影响。结果表明:100℃下即可产生热致裂缝,裂缝的宽度和数量随着温度的升高在不断增加后保持稳定;天然微裂缝的倾斜度对热致裂缝扩展存在影响,倾斜角度增大,页岩热致裂缝的延伸性变弱;围压在10 MPa以下促进页岩热致裂缝生成,10 MPa以上抑制热致裂缝的生成。

关键词：页岩热致裂裂缝演化数值模拟颗粒流

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页岩热致裂缝形成机理及数值模拟研究

页岩热致裂缝形成机理及数值模拟研究

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作者：王豪西安石油大学

学位级别：硕士

在油气提高采收率、非常规油气与地热开发以及核废料深层放置等诸多领域中,均会涉及到岩体所受到的热效作用问题,温度变化和温度梯度在岩体中会产生热应力,从而导致热致裂缝的产生,在这些领域中多会涉及到页岩的热致裂问题,但目前针对... 详细信息

在油气提高采收率、非常规油气与地热开发以及核废料深层放置等诸多领域中,均会涉及到岩体所受到的热效作用问题,温度变化和温度梯度在岩体中会产生热应力,从而导致热致裂缝的产生,在这些领域中多会涉及到页岩的热致裂问题,但目前针对页岩的热致裂的研究还较少,因此研究页岩储层热致裂缝形成机理具有重要的现实意义。本文采用页岩室内升温实验和颗粒流法相结合的方法,对页岩热致裂缝形成机理进行研究,发现页岩基质难以产生明显的热致裂缝,仅局部出现少数的晶间和晶内裂缝以及有机质的收缩缝;文中基于颗粒流法构建了高度符合页岩宏微观特征的页岩颗粒流模型,同时针对页岩颗粒流模型建立的系统地微观参数标定方法可实现对页岩颗粒流力学模型微观参数的有效标定;采用基于页岩颗粒流力学模型构建的页岩颗粒流热力耦合模型研究了加热方式、天然微裂缝及围压对于页岩热致裂缝演化的影响。结果表明,加热方式、天然微裂缝及围压对于页岩热致裂缝的扩展具有重要影响,不同加热方式下的热致裂缝扩展模式不同,整体加热方式下热致裂缝仅沿层理面扩展,而侧面和由外向内加热方式下具有层理间相沟通的缝网扩展,而在天然微裂缝存在的情况下热致裂缝具有向天然微裂缝扩展的趋势,并且天然裂缝在多数情况具有阻挡热致裂缝延伸的效应,此外,围压越高,沿着层理面扩展的热致裂缝越少,而页岩基质本身产生的热致裂缝增加,同时剪切破坏的热致裂缝占比越高。

关键词：页岩热致裂裂缝演化数值模拟颗粒流

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加热过程中页岩储层改质效果研究进展

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石油与天然气地质 2022年第2期43卷 286-296页

作者：陈国辉蒋恕李醇李思思彭鹏莫兰张钰莹张鲁川张天宇中国地质大学(武汉)构造与油气资源教育部重点实验室湖北武汉430074 中国地质大学(武汉)油气勘探开发理论与技术重点实验室湖北武汉430074 中国地质大学(武汉)资源学院湖北武汉430074

中国陆相页岩油资源潜力巨大,但因成熟度偏低、油质重、粘度大、地层流体压力低且孔渗条件差而难以有效开发。原位加热技术可显著提高其采收率,储层改质是该技术的重要目标之一。基于前人对页岩孔隙演化的研究以及对油页岩原位加热过程... 详细信息

中国陆相页岩油资源潜力巨大,但因成熟度偏低、油质重、粘度大、地层流体压力低且孔渗条件差而难以有效开发。原位加热技术可显著提高其采收率,储层改质是该技术的重要目标之一。基于前人对页岩孔隙演化的研究以及对油页岩原位加热过程中储层物性改质的探索,通过理论分析,明确了储层改质效应由孔隙演化和热致裂两种机制控制。孔隙演化主要由有机质裂解、无机矿物成岩转化、矿物溶蚀和重结晶引起;热致裂主要由热应力和生烃增压造成。前期对不同成熟度页岩孔隙演化规律的研究以及对砂岩、花岗岩热破裂作用的研究,为进一步揭示页岩原位加热过程中的储层改质效应奠定了良好基础。但页岩中复杂的矿物成分导致其孔隙演化过程更加复杂,有机质裂解过程所伴随的成孔作用、酸性产物溶蚀作用以及增压效应使该过程进一步复杂化。在进一步研究中,需要对不同作用开展相对独立的研究,揭示其机理并建立预测模型,进而对原位加热过程中整个增孔增渗效应在时间和空间上的演化进行有效预测。

关键词：孔隙演化热致裂热应力原位加热储层改质提高采收率页岩油

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热处理饱水致密砂岩的水相自吸与返排

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地球物理学进展 2020年第2期35卷 674-679页

作者：游利军苏悟康毅力曾涛田键油气藏地质及开发工程国家重点实验室西南石油大学成都610500

致密砂岩气藏在开发过程中由于水相的侵入或滞留会在近井带或水力裂缝面造成水相圈闭损害,严重影响开发效益.储层高温热处理作为一种新型储层改造技术,已应用于解除近井地带水相圈闭损害.选取鄂尔多斯盆地典型致密砂岩岩样,分别采用干... 详细信息

致密砂岩气藏在开发过程中由于水相的侵入或滞留会在近井带或水力裂缝面造成水相圈闭损害,严重影响开发效益.储层高温热处理作为一种新型储层改造技术,已应用于解除近井地带水相圈闭损害.选取鄂尔多斯盆地典型致密砂岩岩样,分别采用干岩样、饱和蒸馏水、饱和3%KCl溶液以及饱和地层水的岩心开展了100~600℃的热处理实验;进行了超过阈值温度的高温热处理前后的岩心自吸、返排实验,并对热处理前后岩心的水相圈闭损害程度进行评价.研究表明,饱和蒸馏水和饱和3%KCl溶液的岩样在热处理后的增渗率明显大于干岩样和饱和地层水的岩样,且岩样热致裂的阈值温度明显降低,从干岩样时500℃降低到300℃;高温热处理增加致密砂岩孔隙度与渗透率,不仅使水相自吸量与自吸速率明显提高,而且岩心渗透率恢复率显著提升.致密岩石热致裂阈值温度可以降低,热增渗后不仅解除水相圈闭损害,而且可以预防后期作业储层水相圈闭损害.

关键词：致密砂岩蒸汽压热致裂水相圈闭损害阈值温度自吸

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特低渗岩石热诱导破裂及渗透率提高机理研究

特低渗岩石热诱导破裂及渗透率提高机理研究

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作者：邓佳宁中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

我国中低成熟度页岩油藏储量极为丰富,是重要的油气接替资源,但目前仍无经济有效的开发手段,需要研发新型的页岩油原位开采技术。热可提高页岩油藏的成熟度同时热破裂对储层岩石具有增渗效果,研究页岩油原位热诱导破裂及渗透率提高机理... 详细信息

我国中低成熟度页岩油藏储量极为丰富,是重要的油气接替资源,但目前仍无经济有效的开发手段,需要研发新型的页岩油原位开采技术。热可提高页岩油藏的成熟度同时热破裂对储层岩石具有增渗效果,研究页岩油原位热诱导破裂及渗透率提高机理具有重要意义。本文首先建立了拟三轴高温岩心夹持器研究热诱导过程的方法,测试了地层压力条件下加热方式和温度对四种地区页岩及致密砂岩渗透率变化规律的影响,并与非地层压力条件下马弗炉热诱导过程进行对比,阐明了压力对热诱导破裂的影响规律。其次对热诱导破裂后的岩心开展镜质体反射率分析测试、有机碳含量测试、核磁共振试验、X射线衍射试验和热重分析实验,系统分析了岩石热破裂的增渗机理。研究结果表明,拟三轴高温岩心夹持器对岩心热破裂过程的实验模拟更贴近实际储层情况,能够模拟出低温阶段岩石热破裂后热裂纹重新闭合的过程。岩石类型显著影响着热破裂效果,有机质干酪根的分解是岩石质量损失的主要因素。在阈值温度前,岩石质量损失的主要原因是空隙水的挥发和逃逸。在本文研究的四种岩石中,长7页岩、吉木萨尔页岩在温度达到300～500℃时渗透率有显著提高,可产生有效联通的热裂缝,干酪根的热解是中低成熟页岩渗透率提高的关键机制。而对于长8致密砂岩而言,其对温度的敏感程度要远低于中低成熟度页岩,热诱导破裂提高渗透率的关键在于石英在573℃的相变。本文初步探索了特低渗透率岩石热诱导破裂以及渗透率提高机理,对油页岩原位热解开发的进一步发展提供了一定的理论依据。

关键词：油页岩原位加热渗透率提高热致裂孔隙演化

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油页岩电加热过程中固井密封完整性的数值模拟研究

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作者：孙健西安石油大学

学位级别：硕士

随着非常规油气资源的不断开发,井筒电加热、原位注热开采、蒸汽吞吐等开发技术被应用于现场工程实践中,导致开发过程中井筒工况愈发复杂,尤其是水泥环长期处于高温高压环境中,对水泥环的密封完整性带来了极大考验,水泥环密封失效可直... 详细信息

随着非常规油气资源的不断开发,井筒电加热、原位注热开采、蒸汽吞吐等开发技术被应用于现场工程实践中,导致开发过程中井筒工况愈发复杂,尤其是水泥环长期处于高温高压环境中,对水泥环的密封完整性带来了极大考验,水泥环密封失效可直接导致井口气窜或环空带压等一系列问题,对井口安全生产带来严重威胁,因此研究高温高压下固井密封完整性具有重要意义。本文分别根据水泥环和油页岩宏观力学参数,通过力学试验对二者的微观参数进行系统而又准确的标定,建立了符合室内力学特征的油页岩和水泥环数值模型,并对二者的组合体模型进行升温升压的热力耦合数值模拟研究,主要对加热方式、油页岩层理角度、围压、温度、预制裂纹等条件下组合体热致裂纹演化进行了研究。结果表明:(1)在电加热达到设定的温度后,对组合体持续加热的时间越长,试样受热范围越大,热致裂效应越强,相较于油页岩基质而言,热致裂纹更容易在层理面扩展发育,水泥环和基质中发育的多为拉伸裂纹,而油页岩层理面既有拉伸裂纹又有剪切裂纹发育。(2)油页岩层理的倾斜角度对基质中的热致裂纹发育产生影响,层理倾角越大,热应力更容易在层理处释放,基质中越难发育热致裂纹,整体上发育的多为拉伸裂纹。(3)组合体埋深越大,围压越大,颗粒材料被压实,孔隙率降低导致试样强度增大,而在同围压下对组合体升温至不同温度的研究中发现,水泥环—油页岩组合体的起裂温度在150℃左右,温度达到400℃～500℃范围时有大量热致裂纹产生,温度越高,组合体抗压强度和弹性模量越低,孔隙率增大。(4)在对组合体预制裂纹的研究中,发现加热过程中热应力在预制裂纹尖端处集中,热致裂纹沿着预制裂纹的两端扩展延伸,加入多条微裂缝可看作是单条微裂缝下热效应的增强,水泥环掺入钢纤维后可有效提高其密封性能。研究结果有助于深入认识油页岩电加热开采中水泥环及地层岩石的破裂行为及破裂机理,对油页岩原位热采提供一定理论依据。

关键词：固井密封完整性油页岩水泥环热致裂颗粒流

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