高温作用对三维应力下花岗岩渗透率影响试验研究

为揭示三维应力对高温后花岗岩热储层渗透率影响的规律,以松辽盆地地热开采为工程背景,以高温(150℃~650℃)处理后花岗岩为试验对象,利用自主研发的渗透率测量装置,以CO_(2)为渗透介质,进行了三维应力下(不同孔隙压、轴压及围压)花岗岩气体渗透率试验,得到了不同三维应力组合下花岗岩渗透率;分析了温度、孔隙压、体积应力对花岗岩渗透率的影响规律。研究结果表明:花岗岩渗透率随处理温度升高呈指数增加趋势,550℃以下时渗透率增长缓慢,550℃~650℃渗透率急速上升;孔隙压较小时,易发生气体滑脱效应,花岗岩渗透率随孔隙压增大而减小,到达某一临界值时,渗透率随孔隙压增大而增大,临界值与温度和体积应力有关;随着体积应力增大,花岗岩被压密,有裂隙闭合,连通性减弱,花岗岩渗透率减小。

平均有效应力对煤系页岩瓦斯微观吸附-解吸特性影响试验研究

页岩气井初期和后期产气规律差异本质上是三维应力变化下微观游离态、吸附态瓦斯赋存运移产出机制不同。为从微观角度揭示平均有效应力对煤系页岩气井生产初期游离态瓦斯和后期吸附态瓦斯产出规律影响,以双鸭山盆地东保卫煤矿36煤层底板煤系页岩为研究对象,采用核磁共振T谱技术对模拟原位应力状态煤系页岩试样进行瓦斯微观吸附-解吸试验。以平均有效应力作为煤系页岩所受原位应力状态指标,以核磁共振T谱幅值积分作为煤系页岩微观吸附态、游离态瓦斯含量定量表征指标,定量研究了吸附-解吸过程中煤系页岩微观吸附态和游离态瓦斯含量与平均有效应力的关系,及微观吸附态和游离态瓦斯迟滞系数与平均有效应力的关系,通过多因素线性回归明确了平均有效应力对煤系页岩微观吸附态和游离态瓦斯赋存产出规律影响。试验发现:吸附-解吸过程煤系页岩微观吸附态瓦斯含量与平均有效应力关系分别符合Dubinin-Radushkevich(简称D-R)函数模型和Weibull函数模型,吸附-解吸过程微观游离态瓦斯含量与平均有效应力均符合线性函数模型;微观吸附态瓦斯迟滞系数随着平均有效应力降低以对数函数规律快速减小;平均有效应力降低对微观游离态瓦斯迟滞系数影响不大,游离态瓦斯迟滞系数近似为定值41.53%;孔隙压力和轴压分别是微观吸附态瓦斯吸附和解吸主控应力因素,游离态瓦斯赋存和产出主要与围压有关。

油页岩原位注热开采储层有效热解区变化规律分析

针对油页岩原位注热开采过程中储层有效热解区变化规律不清,实际热解效果无法准确判断难题,采用数值模拟方法,以抚顺油页岩储层为研究对象,建立了油页岩原位注热开采热流固耦合力学模型,与前人结果对比,验证了模型可靠性.重点考察水力压裂裂缝通道短路问题,分析得到了油页岩原位注热开采过程中储层有效热解区、储层有效热解区中地应力、注汽压力及沉降量随注热时间变化规律.结果表明,过热蒸汽沿水力压裂裂缝流动不会出现裂缝通道短路现象,过热蒸汽可通过水力压裂裂缝加速油页岩储层热解;采用过热蒸汽对流加热油页岩储层效率高,只需1年能使96%的油页岩储层达到热解所需温度;油页岩储层有效热解区中部形成应力集中区,最大地应力为21.6MPa;热解后靠近注热井处岩层发生沉降,热解2年后最大沉降量达0.85m.所得结论对现场油页岩原位注热开采有参考意义.

生产井井间距离对增强型地热系统影响分析

为揭示生产井井间距离对增强型地热系统(EGS)的影响,以中国青海共和盆地增强型地热系统为研究对象,采用数值模拟方法,建立了考虑生产井井间距离不同的三维热-固-流耦合热采模型。分析得到生产井井间距离为600 m,700 m,800 m,900 m,1000 m对EGS温度场、产出流体温度、储层寿命、总产热量、最大主应力以及最大主应变影响规律。研究结果表明,随着热开采进行,储层裂隙周围岩体温度下降,产出温度随开采年限增加而降低;从产出温度、储层寿命和总产热量三方面考虑,最优生产井井间距离为800 m;生产井井间距离对第一主应力及第一主应变影响显著,应结合实际情况选择最优生产井井间距离。

三向应力下花岗岩水力剪切和渗流试验研究

为揭示三向应力作用下干热岩水力剪切对岩体渗透特性影响机制,采用自制耐高温真三轴水力剪切试验装置和渗透率测试系统,以松辽盆地大庆地区花岗岩为研究对象,将预制裂隙花岗岩进行高温处理,通过改变三向应力、注水压力、注水流量和时长模拟不同热储地质特性,利用裂隙面粗糙度系数表征裂隙水力剪切前后变化特征,进行不同三向应力下注水参数对花岗岩水力剪切后裂隙渗透率影响试验。研究结果表明:(1)花岗岩质量损失率和孔隙率随温度增加而增加,抗拉–压强度随温度增加而降低;(2)不同孔隙压和温度作用下裂隙渗透率均随体积应力增大而减小,150℃~350℃时裂隙渗透率由10^(-17) m^(2)量级增长到10^(-16) m^(2)量级;(3)水力剪切最大注水压力与体积应力间服从二次多项式规律分布,体积应力18.5 MPa时最大注水压力为4.78 MPa;(4)水力剪切后花岗岩裂隙渗透率随注水流量增加而增加,随注水时长先增加后稳定或降低;(5)不同体积应力、注水流量和时长水力剪切后裂隙面粗糙度系数均降低,表明花岗岩裂隙面在水力剪切后更光滑渗流能力提高。

不同相态CO_(2)吸附作用下煤体力学性能研究

为了探究不同相态CO_(2)注入难开采煤层对煤体力学性能的影响。以内蒙古敏东一矿矿区为例,将煤样放入自制的三轴吸附渗透仪中,通过调控温度和压力进行不同相态CO_(2)对煤样的吸附试验,模拟在复杂地应力条件下不同相态CO_(2)在难开采煤层的吸附过程。通过对吸附后的煤样进行单轴压缩试验,辅以声发射装置。得到煤体抗压强度、弹性模量和声发射能量的变化情况。定义煤体抗压强度、弹性模量劣化度,并以未吸附CO_(2)的煤样破裂声发射累计能量为基准线,划分高能量区与低能量区,得到不同相态CO_(2)吸附后煤样的破裂行为及损伤特征的演化规律。研究结果表明:(1)CO_(2)吸附会减弱煤样的力学参数,导致煤体宏观破坏特征发生变化,降低其力学性能,CO_(2)吸附作用下煤体抗压强度的总劣化度范围为11.72%~70.89%。(2)CO_(2)吸附作用下煤体弹性模量的总劣化度范围为8.42%~43.07%,不同相态CO_(2)吸附作用下煤体总劣化度情况为:超临界态吸附组>液态吸附组>气态吸附组。(3)经CO_(2)吸附后的煤样,内部形成更多的孔隙和裂隙,致使初始压密时间变长,同时煤样的弹性变形能力减弱,经气态CO_(2)吸附后煤样弹性阶段持续时间为经液态CO_(2)吸附后煤样2倍,为经超临界态CO_(2)吸附后煤样4倍。(4)经CO_(2)吸附后的煤样,未经CO_(2)吸附的煤样声发射总能量为基准线,划分高能量区与低能量区声发射累计能量均处在高能量区,较未吸附煤样相比,均产生了一定程度的破裂。