高温蒸汽作用油页岩孔隙-裂隙结构演化规律实验研究

油页岩孔隙裂隙演化规律是影响对流加热方式原位流态化开采油页岩的关键影响因素。选取新疆巴里坤油页岩试样,首先利用自主研制的高温蒸汽作用实验系统对试样进行加热,然后采用显微CT和扫描电镜对不同温度作用后的油页岩的孔隙裂隙特征进行测试,并利用Avizo软件,对油页岩孔裂隙结构、内部渗流场特征以及表面微观特征随温度的演化规律进行了详细地研究,结果表明:1)原始状态下油页岩内部裂隙以微裂隙(100~500μm)为主,随着水蒸汽作用温度不断提高,微裂隙数量呈指数形式增长,同时孔径较小的小孔逐步转变为孔径较大的中大孔。2)随着水蒸汽作用温度增加,油页岩孔隙度显著增加,由常温状态下的2.7%增加到555℃时的16.2%,是常温下的6倍。3)随着热解温度的升高,油页岩内部连通的孔隙也不断增多,为高温水蒸汽以及热解产物的运移提供了良好通道,总体上平行层理方向的渗透率总是大于垂直层理方向的渗透率。4)油页岩渗透性存在明显的各向异性特征,当热解温度为314℃时,油页岩在平行层理方向与垂直层理方向的渗透率差异性最大,渗透率各向异性系数量级可达103.研究结论对调控水蒸汽对流加热原位开采油页岩油气的工艺参数具有重要意义。

实时蒸汽加热和蒸汽加热冷却后油页岩压缩特性对比分析

采用自主研发的实时高温蒸汽加热单轴压缩实验系统,分别对实时蒸汽加热和蒸汽加热冷却后油页岩的压缩特性和破坏特征规律进行了研究。实验中蒸汽的温度测点分别设置为100℃,200℃,300℃,400℃,500℃,550℃.实验结果表明:1)实时蒸汽加热下油页岩的单轴抗压强度和弹性模量均随着蒸汽温度的升高先降低后升高,400℃时降到最低点,是油页岩力学参数变化的阈值温度;而蒸汽加热冷却后的单轴抗压强度和弹性模量则一直降低;2)实时蒸汽加热下油页岩的峰值应变随着蒸汽温度的升高先增加后降低,在400℃达到最大值,蒸汽加热冷却后的则一直上升;3)实时蒸汽加热下油页岩试件的破坏特征和失稳型式在400℃以下,为由脆性剪切破裂向塑性变形转变,突发失稳向渐进破坏转变,400℃以后为半脆性剪切破裂和准突发失稳;蒸汽加热冷却后,油页岩试件的破坏特征和失稳型式在500℃以下,为脆性剪切破裂和突发失稳,550℃为半脆性剪切破裂和准突发失稳。

传导和对流加热模式下碳质页岩孔隙结构及渗透性对比分析

为研究不同温度下水蒸气对碳质页岩孔隙结构及渗透性的影响,将碳质页岩分组置于无水、过热水蒸气两种加热环境中,并加热至300℃、400℃和500℃,对加热后的碳质页岩进行CT扫描和渗透性试验。结果表明:过热水蒸气环境下碳质页岩的裂隙发育程度明显比无水环境下的高,在300℃时,无水环境下碳质页岩没有产生裂隙,而过热水蒸气环境下裂隙宽度已经达到了12~58μm;碳质页岩在过热水蒸气加热条件下的孔隙率要远高于无水加热条件下的孔隙率,两者相差10倍以上;碳质页岩在过热水蒸气加热环境中的渗透率要远远高于无水加热环境中的渗透率,两者相差约2.5~18倍。