超臨界CO2作用下頁(yè)巖變形及CO2運(yùn)移規(guī)律研究.pdf

1、我國(guó)頁(yè)巖氣資源豐富，高效開發(fā)頁(yè)巖氣是我國(guó)充分利用資源、保障能源安全的重大戰(zhàn)略需求。國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究表明，超臨界CO2流體可有效避免粘土遇水膨脹問題，改善儲(chǔ)層滲流通道，同時(shí)，其低粘特性能使儲(chǔ)層產(chǎn)生諸多微裂縫，可最大限度地溝通天然裂縫，增強(qiáng)裂縫導(dǎo)流能力，提高采收率。然而，二氧化碳作用下頁(yè)巖性質(zhì)的改變及其在頁(yè)巖中運(yùn)移的情況直接影響壓裂的效率和產(chǎn)量。
　　本文以重慶涪陵地區(qū)頁(yè)巖為樣品，主要開展了頁(yè)巖吸附超臨界CO2的規(guī)律、超臨界CO2和He

2、作用下頁(yè)巖的變形規(guī)律與超臨界CO2在頁(yè)巖中運(yùn)移的規(guī)律等方面的研究，取得的主要成果有：
　　①基于體積法和應(yīng)力-應(yīng)變計(jì)法的原理自行開發(fā)了一種高溫高壓氣體作用下頁(yè)巖變形測(cè)試技術(shù)及裝備。可實(shí)現(xiàn)塊狀樣品(有效尺寸為Φ50mm×100mm)在氣體環(huán)境中的吸附和變形的同時(shí)測(cè)量。該系統(tǒng)最大實(shí)驗(yàn)氣體壓力可以達(dá)到35MPa，最高實(shí)驗(yàn)溫度達(dá)到95℃，能夠有效模擬頁(yè)巖氣儲(chǔ)層所處的高溫高壓環(huán)境，通過誤差分析得到該裝備的最高誤差在10％左右，滿足實(shí)驗(yàn)測(cè)試的

3、需求。
　?、谠粶y(cè)量了不同溫度、壓力、氣體作用下頁(yè)巖吸附-變形特性，明確了CO2作用下頁(yè)巖的變形規(guī)律。低壓條件下，頁(yè)巖吸附CO2導(dǎo)致表面勢(shì)能改變產(chǎn)生膨脹變形，其主體相密度遠(yuǎn)小于吸附相密度使變形量/吸附量隨CO2壓力的增加而線性增大；隨著壓力的升高，CO2變?yōu)槌R界狀態(tài)，其主體相密度與吸附相密度相當(dāng)，吸附量與應(yīng)變量不再隨壓力的增加明顯增大，而此時(shí)氣體壓力作用下的壓縮變形卻逐漸增強(qiáng)，導(dǎo)致頁(yè)巖膨脹變形隨CO2壓力的增加而降低。

4、　?、劢⒘薈O2作用下頁(yè)巖的吸附-變形、壓力-變形雙重計(jì)算模型。將頁(yè)巖考慮成為橫觀各向同性材料，根據(jù)能量守恒、熱力學(xué)和表面物理化學(xué)原理建立了基于CO2吸附密度的頁(yè)巖吸附-變形計(jì)算模型；基于有效應(yīng)力原理，并考慮孔隙壓力對(duì)Biot系數(shù)的影響，建立了氣體壓力作用下頁(yè)巖的壓力-變形計(jì)算模型。與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明該模型能較準(zhǔn)確地描述CO2作用下頁(yè)巖的變形。
　　④揭示了頁(yè)巖吸附變形對(duì)氣體運(yùn)移規(guī)律的影響機(jī)制。低壓（低于3MPa）條件下，二氧化