非常规储层液氮低温致裂理论及研究进展

液氮压裂是一种极具前景的无水压裂技术,可为非常规油气水力压裂所面临的耗水量巨大、储层伤害和环境污染等问题提供解决方案。低温致裂岩石是液氮高效改造储层的基础和关键。基于作者前期在液氮压裂方面的研究成果,重点针对液氮低温致裂研究进行归纳总结,系统地阐述了液氮超低温作用下岩石物理及力学特性变化规律,分析了影响液氮低温致裂效果的关键因素及主要机制,从矿物学角度揭示了岩石损伤破裂的微观模式和特征,剖析了液氮对于不同岩性类型、不同原生孔隙结构、不同储层原位状态(高温/饱水)岩石的适用性。本研究旨在帮助读者更加全面、深入了解液氮低温致裂岩石的基本理论及研究进展,为后续液氮压裂技术研究及工程应用提供基础理论指导。

液氮循环致裂技术强化煤层气抽采的研究与应用展望

水力压裂技术在强化煤层致裂、提高煤层气抽采效率方面广泛应用,但存在耗水量大、压裂液易污染环境等问题,难以在富含煤层气的缺水地区应用。基于常规液氮压裂技术,通过改变液氮单次注入方式,提出了液氮循环致裂技术,并对该技术用于强化煤层气抽采进行了展望。该技术采用液氮循环注入方式,使得液氮持续充填不断扩展的裂隙空间,形成复杂的裂隙网络。其致裂煤岩机理为循环累积损伤、低温致裂及气体致裂三者耦合作用机制:①在液氮循环注入过程中,不同类型组配颗粒间出现不同程度的变形响应,不断累积的颗粒间损伤在一定程度上劣化煤体局部区域的抗压强度,导致新生裂隙的衍生及原生孔隙扩容。②液氮对煤岩的冷冲击导致煤岩内部结构发生断裂,产生大量微裂隙,并使其随着液氮循环注入不断扩展和导通,同时液氮的低温作用导致的水冰相变过程能进一步破坏煤岩内部结构。③液氮汽化产生的高压气体使得煤岩体积重复性地扩展-收缩,进一步促使裂隙发育和导通。液氮循环致裂技术以液氮为压裂介质,极大缓解了对水资源的依赖,对环境无污染,可用于煤层气抽采等领域。