CO_(2)与吉木萨尔储层岩石相互作用实验研究

CO_(2)前置蓄能压裂焖井期间,CO_(2)持续与储层岩石发生作用。为探索CO_(2)对吉木萨尔页岩作用效果及变化规律,明确提高采收率机理,分别对浸泡前后的吉木萨尔页岩进行渗透率测试实验、X射线衍射实验和扫描电镜实验,在分析渗透率宏观变化规律的基础上,对矿物组成、微观表面形态和孔喉结构变化规律进行解释。实验结果表明:使用CO_(2)水溶液对吉木萨尔页岩长期浸泡后,其渗透率增大,浸泡7天增大约65%,浸泡14天增大约1.4倍;CO_(2)水溶液对碳酸盐岩矿物有明显的溶蚀作用,在地层条件下使用CO_(2)水溶液对岩样碎块浸泡5天后,碳酸盐岩溶蚀率可达到45.2%;从微观表面溶蚀情况来看,经CO_(2)水溶液浸泡后,原有孔隙被溶蚀扩大或出现新的孔隙,从而提高了渗透率。现场试验结果表明,通过增加裂缝复杂度、增加焖井时间和使用“CO_(2)+水基压裂液”复合压裂的方法对增强碳酸盐岩矿物溶蚀及提高地层渗透率有显著影响。

超临界CO_(2)浸泡作用下煤岩力学特性应变率效应实验研究

为研究超临界CO_(2)浸泡对煤岩单轴压缩力学特性应变率效应的影响,进行未浸泡及超临界CO_(2)浸泡煤岩在准静态应变率加载(10^(-5),10^(-4),10^(-3),10^(-2) s^(-1))下的单轴压缩实验,并利用声发射监测系统记录加载过程中的能量信号,从应变率效应和Sc CO_(2)浸泡弱化机制角度对煤岩单轴抗压强度、弹性模量、破坏形态、能量演化和AE特征参数进行了研究。结果表明:(1)随着应变率增加,未浸泡和超临界CO_(2)浸泡煤岩的抗压强度和弹性模量均表现为先增加后降低趋势。在10^(-5)和10^(-2 )s^(-1)应变率条件下,超临界CO_(2)浸泡煤岩的力学特性劣化作用更为明显;煤岩单轴抗压强度分别降低28.66%,34.98%,相应弹性模量分别降低35.50%,27.68%;(2)未浸泡超临界CO_(2)煤岩的破坏形态主要为X状共轭剪切破坏,而超临界CO_(2)浸泡煤岩试件的破坏形式由斜面剪切破坏转变为竖向劈裂拉伸破坏;(3)应变率效应及Sc CO_(2)浸泡弱化作用对煤岩的力学性质的影响,同时也影响着煤岩可储存弹性应变能的大小,从煤岩破坏时表征能量释放的声发射信号强弱可以获证。该研究有助于揭示超临界CO_(2)浸泡煤岩在准静态加载条件下力学特性变化规律,以及分析理解煤岩储层压裂过程中煤体变形和裂缝扩展条件特征。

超临界CO_(2)对煤体细观结构影响研究

通过实验室自制的超临界CO_(2)浸泡装置,对无烟煤进行了不同时间的浸泡处理,并利用CT扫描设备对浸泡前后的煤样试件进行扫描,获得了浸泡前后试件内部的孔裂隙变化情况,并分析研究了处理前后煤样试件内部孔裂隙相关参数的变化规律。研究结果表明:(1)CO_(2)对煤体结构的影响通过物理和化学作用两种途径,其物理变化为CO_(2)吸附过程将导致孔裂隙结构的扩展,而化学作用包括萃取作用和溶解作用,前者通过萃取有机物使煤体形成孔洞,后者通过溶解硬质矿物形成晶间裂隙。(2)经超临界CO_(2)处理后的煤样试件内部形成了相对连续的孔裂隙结构,增加了煤样试件的渗透特性,为煤层气的运移提供了良好的通路;(3)超临界CO_(2)对试件内部孔裂隙的影响主要集中在前6天,孔隙度由原始的1.321%增加到3.796%,煤样试件内部孔裂隙数量由4416条增加到8992条。之后煤样试件随着浸泡时间的增加,孔裂隙的发育逐渐趋于平稳。