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天然气水合物注热分解诱发储层变形破坏的正交数值模拟研究

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特种油气藏 2024年第2期31卷 112-119页

作者：翟诚吴迪秦冬冬山西工程技术学院山西阳泉045000 山西工程技术学院矿区生态修复与固废资源化省市共建山西省重点实验室培育基地山西阳泉045000 辽宁工程技术大学辽宁阜新123000

针对天然气水合物热分解而引起的储层失稳破坏机理及影响因素不明确的问题,考虑因水合物热分解引起的地层传热、孔隙流体渗流和固体骨架的变形破坏,建立了水合物沉积层的热-流-固耦合模型及其作用下储层固体骨架的弹塑性本构模型。基于A... 详细信息

针对天然气水合物热分解而引起的储层失稳破坏机理及影响因素不明确的问题,考虑因水合物热分解引起的地层传热、孔隙流体渗流和固体骨架的变形破坏,建立了水合物沉积层的热-流-固耦合模型及其作用下储层固体骨架的弹塑性本构模型。基于ABAQUS软件的USDFLD子程序进行二次开发,开展正交实验数值模拟,分析注热温度差、水合物沉积层的绝对渗透率和有效主应力差对水合物沉积层近井储层变形破坏影响的敏感性及影响机理。结果表明:对近井储层变形破坏影响的敏感程度由大到小依次为有效主应力差、绝对渗透率、注热温度差;水合物热分解引起的近井储层力学性质劣化和有效应力下降是导致其发生变形破坏的主要原因;有效主应力差越大,等效塑性应变最大值越大,并且受水平地应力非均匀性的影响,近井储层变形破坏最严重的位置始终位于井眼最小水平地应力方向上。该研究成果可为热激法开采天然气水合物或含水合物地层的钻井作业提供借鉴。

关键词：天然气水合物注热分解热-流-固耦合模型弹塑性本构模型正交数值模拟等效塑性应变最大值

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变形多孔介质温度-渗流-应力完全耦合模型及有限元分析

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岩石力学与工程学报 2012年第A2期31卷 3547-3556页

作者：贾善坡冉小丰王越之肖桃李谭贤君长江大学城市建设学院湖北荆州434023 长江大学石油工程学院湖北荆州434023 中国科学院武汉岩土力学研究所湖北武汉430071

根据多孔介质中温度、渗流及应力之间复杂的耦合关系,基于连续介质力学和混合物理论,导出变形多孔介质热–流–固三场耦合模型及其控制方程,探讨有限元法的求解过程,以ABAQUS软件为求解器,在MATLAB语言环境下编制相应的计算程序,并通过... 详细信息

根据多孔介质中温度、渗流及应力之间复杂的耦合关系,基于连续介质力学和混合物理论,导出变形多孔介质热–流–固三场耦合模型及其控制方程,探讨有限元法的求解过程,以ABAQUS软件为求解器,在MATLAB语言环境下编制相应的计算程序,并通过典型算例考证程序的正确性。然后研究石油钻井过程中的热–流–固耦合作用过程,详细分析场耦合作用对井壁孔隙压力、温度和应力的影响,计算结果表明,热–流–固耦合作用对井壁稳定有重要的影响,应全面考虑各物理场之间的耦合作用。研究成果为分析岩土介质多场耦合过程提供一条有效的途径,从而为进一步研究温度–渗流–应力–化学(THMC)耦合问题奠定基础。

关键词：流体力学热-流-固耦合模型变形多孔介质有限元 ABAQUS 井壁稳定

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注采条件下干热岩人工裂缝导流能力研究

注采条件下干热岩人工裂缝导流能力研究

作者：谢昕中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

增强型地热系统（Enhanced Geothermal System,EGS）是开发干热岩资源的主要方式,通过对干热岩储层进行压裂改造,形成有联通注采井人工缝网的干热岩热储。注采开发过程中,人工裂缝内热-流-固耦合流动机制是优化开发方案,实现干热岩资源... 详细信息

增强型地热系统（Enhanced Geothermal System,EGS）是开发干热岩资源的主要方式,通过对干热岩储层进行压裂改造,形成有联通注采井人工缝网的干热岩热储。注采开发过程中,人工裂缝内热-流-固耦合流动机制是优化开发方案,实现干热岩资源经济高效开发的关键。针对这一关键科学问题,本文通过室内实验和数值模拟分析等方法,进行如下研究:开展了干热岩人工裂缝导流能力相关实验,重点研究了裂缝在不同注入速度、注入温度、围压和矿物粒径条件下的渗流特性;建立了注采条件下干热岩人工裂缝热-流-固耦合模型,得出了导流能力的控制方程,基于实验岩样三维模型验证并分析了模型准确性;开展了青海共和盆地干热岩储层的数值模拟分析,研究注入参数、人工裂缝参数和岩石性质对人工裂缝导流能力和热储采热性能的影响规律。取得的主要结果和认识有:（1）提高注入速度有利于提高人工裂缝导流能力,注入速度与导流能力呈指数函数关系。（2）提高注入温度会降低人工裂缝的导流能力,注入温度和导流能力呈分式函数关系。（3）围压越大,裂缝导流能力随注入参数变化的幅度越小（4）注采条件下干热岩人工裂缝热-流-固耦合模型数值模拟结果显示,导流能力、注入压力和缝宽的变化与实验数据相符,其中,导流能力数值结果与实验数据平均误差为7.04%;增加裂缝面粗糙度有助于提升导流能力。（5）人工裂缝围岩产生的热应力为拉应力,会增大裂缝宽度和渗透率,有助于导流能力提升。生产前期,导流能力上升主要受孔隙压力影响,后期主要受热应力影响,本文储层模型条件下热应力对导流能力提升的最大贡献比可达0.87。（6）人工裂缝初始渗透率和初始缝宽、岩石弹性模量和热膨胀系数与人工裂缝导流能力呈正相关关系,本文实验条件下花岗岩矿物粒径对人工裂缝导流能力无影响。（7）人工裂缝导流能力上升将缩短EGS稳产时间,增大产热功率。研究揭示了注采开发过程中,干热岩人工裂缝内热-流-固耦合流动机制,有望为优化干热岩开发方案提供必要的理论基础。

关键词：干热岩增强型地热系统人工裂缝导流能力实验热-流-固耦合模型

高放废物处置库岩体不同条件下缓冲材料饱和机理研究

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世界核地质科学 2023年第2期40卷 298-308页

作者：张奇谢敬礼曹胜飞高玉峰成建峰核工业北京地质研究院北京100029 国家原子能机构高放废物地质处置创新中心北京100029 中国矿业大学江苏徐州221116

缓冲材料作为高放废物处置库内最后一道人工屏障,其饱和过程对处置库多重屏障体系设计具有重要意义。以高放废物处置单元为研究对象,建立了相应的热-流-固耦合模型,模拟了饱和花岗岩体条件下缓冲材料饱和过程,并开展了岩体不同边界水压... 详细信息

缓冲材料作为高放废物处置库内最后一道人工屏障,其饱和过程对处置库多重屏障体系设计具有重要意义。以高放废物处置单元为研究对象,建立了相应的热-流-固耦合模型,模拟了饱和花岗岩体条件下缓冲材料饱和过程,并开展了岩体不同边界水压力、岩体裂隙对缓冲材料饱和过程影响研究。研究结果表明:处置库内缓冲材料外部、下部靠近花岗岩的区域饱和度率先增大,然后逐渐由外部向内部、下部向上部进入饱和状态。饱和花岗岩体边界水压分别为5、3和1 MPa时,缓冲材料达到饱和时间分别为28.9、45.63和110.72 a,随着花岗岩体边界水压的下降,处置单元内缓冲材料达到饱和时间将大幅增加。岩体裂隙的渗透率分别为1.098×10^(-17)、1.098×10^(-15)、1.098×10^(-13)和1.098×10^(-11)m^(2)时,缓冲材料达到饱和时间分别为22.69、22.09、17.34和17.12 a,岩体中裂隙的存在能够加快缓冲材料的饱和过程。

关键词：高放废物地质处置缓冲材料花岗岩热-流-固耦合模型饱和过程

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