熱-力耦合作用下油頁(yè)巖斷裂特性實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、自改革開放以來，我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)就踏上高速增長(zhǎng)的快車道，堅(jiān)實(shí)的能源保障無(wú)疑是經(jīng)濟(jì)快速持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)的基礎(chǔ)。然而，以煤炭為主要能源的能源結(jié)構(gòu)短期內(nèi)不易改變，巨大的能源進(jìn)口就成了能源消耗增長(zhǎng)量的主要補(bǔ)充渠道。但是，縱觀全球，尤其是產(chǎn)油區(qū)與石油進(jìn)口的運(yùn)輸通道附近區(qū)域并不太平，所以，尋找一種在我國(guó)儲(chǔ)量可觀，前景較好的化石能源就成了保證我國(guó)能源安全的必由之路。我國(guó)的油頁(yè)巖儲(chǔ)量大，分布廣，完全可以在借鑒美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)頁(yè)巖氣等類似能源的先進(jìn)開發(fā)技術(shù)，來

2、發(fā)展我國(guó)的油頁(yè)巖原位開采方法，以提高能源自給與安全程度。
　　油頁(yè)巖的原位改性開采技術(shù)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有所發(fā)展并取得了一些成果，技術(shù)主要包括儲(chǔ)層改造與油氣抽采兩大環(huán)節(jié)。本文主要關(guān)注儲(chǔ)層改造環(huán)節(jié)的相關(guān)問題。油頁(yè)巖屬于典型的沉積巖種，層理分明并且預(yù)存有大量的天然孔裂隙，宏觀上具有明顯的橫觀各向同性，其力學(xué)性能受水與溫度的影響較為明顯。因此，深入地研究溫度與層理對(duì)油頁(yè)巖斷裂特性的影響無(wú)疑將會(huì)對(duì)油頁(yè)巖的原位改性開采具有重要的指導(dǎo)意義。
　

3、　本文在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，考慮到影響油頁(yè)巖力學(xué)特性的因素與分段壓裂-多水平注熱開采油頁(yè)巖的技術(shù)要求，主要進(jìn)行了以下研究：
　?。?）油頁(yè)巖的三點(diǎn)彎曲（SCB）試驗(yàn)。選取三種不同層理方向的試件，在20℃-500℃之間熱解后進(jìn)行斷裂韌度測(cè)試，得出了各試件的載荷-位移曲線斜率的變化規(guī)律，并綜合研究了水、有機(jī)質(zhì)和礦物成分在不同溫度作用下對(duì)斷裂韌度的影響規(guī)律。結(jié)果表明：熱損傷與熱破裂是油頁(yè)巖宏觀斷裂韌度發(fā)生急劇下降的根本原因。

4、>　?。?）撫順油頁(yè)巖的斷裂韌度存在明顯的各向異性。由SCB實(shí)驗(yàn)得出，crack-arrester型與crack-divider型試件斷裂韌度的最大值相近，crack-splitter型試件只有其最大值的1％-2%左右。crack-arrester型與crack-divider型試件存在不同的“門檻溫度”Tc，這與巖體的層理方向及熱加工后的礦物成分和微觀結(jié)構(gòu)的變化有關(guān)，并得出crack-arrester型與crack-divider型試

5、件斷裂韌度變化趨勢(shì)及大小關(guān)系的規(guī)律。
　?。?）油頁(yè)巖巖體的破壞特征研究。對(duì)油頁(yè)巖塊體在熱-力耦合作用下的熱破裂與損傷的原因進(jìn)行了分析，并對(duì)SCB實(shí)驗(yàn)過程中層理與溫度對(duì)試件的斷裂方式與斷裂形態(tài)的影響進(jìn)行了研究，得出了溫度與層理對(duì)斷裂特征的影響規(guī)律。
　　（4）水力壓裂數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)。裂縫開始失穩(wěn)擴(kuò)展時(shí)需要較大的水力壓力，并且伴有較多的壓裂液的濾失，其壓力峰值與濾失率峰值均達(dá)到了裂縫穩(wěn)定擴(kuò)展時(shí)期值2倍左右；斷裂韌度作為判定裂縫擴(kuò)

6、展方向的依據(jù)有效且易用；模擬水力裂縫擴(kuò)展的過程與結(jié)果和工程施工數(shù)據(jù)比較吻合。
　　（5）通過對(duì)溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)與位移場(chǎng)的研究，得出分段壓裂后多層注熱熱解油頁(yè)巖的專利方法對(duì)于原位開采油頁(yè)巖在加熱效率與熱解效果上具有明顯優(yōu)勢(shì)；在生產(chǎn)過程中目標(biāo)層兩翼存在利于跨層理裂縫產(chǎn)生的有利力學(xué)條件；間歇注熱生產(chǎn)再次開泵所需的壓力較大，井筒強(qiáng)度極易受到熱應(yīng)力的威脅，應(yīng)加強(qiáng)安全維護(hù)。
　　以上研究對(duì)油頁(yè)巖原位改性開采油氣的儲(chǔ)層改造階段與后期蒸汽熱解