《頁岩氣儲層超臨界二氧化碳壓裂頁岩體損傷機理》是依託重慶大學，由湯積仁擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：頁岩氣儲層超臨界二氧化碳壓裂頁岩體損傷機理
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：湯積仁
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
針對我國缺水地區粘土含量高的頁岩氣儲層，現有水平井+多段壓裂技術存在耗水量大、粘土遇水易膨脹的問題，研究團隊提出採用超臨界二氧化碳壓裂開採頁岩氣的研究思路。壓裂過程中超臨界二氧化碳與頁岩相互作用機制及其對頁岩體的損傷機理是該研究的關鍵基礎科學問題，為此，本項目開展以下研究：在研究超臨界二氧化碳流體特性的基礎上，分析超臨界二氧化碳注入後頁岩力學與膨脹特性變化規律，揭示超臨界二氧化碳對頁岩體物性改變的微觀作用機制；根據損傷力學理論，結合基於CT技術的超臨界二氧化碳壓裂頁岩相似物理模型實驗，建立超臨界二氧化碳壓裂過程頁岩體損傷劣化的本構模型及微裂縫增長的損傷演化模型，揭示超臨界二氧化碳壓裂頁岩體損傷機理，為頁岩氣儲層超臨界二氧化碳壓裂機理研究提供理論基礎。
結題摘要
針對我國缺水地區粘土含量高的頁岩氣儲層，現有水平井+多段壓裂技術存在耗水量大、粘土遇水膨脹的問題，研究團隊提出採用超臨界二氧化碳壓裂開採頁岩氣的研究思路。壓裂過程中超臨界二氧化碳與頁岩相互作用機制及其對頁岩體的損傷機理是該研究的關鍵基礎科學問題，圍繞該問題項目主要開展以下研究：首先，基於氣體物性參數方程及傳熱學理論，結合測試實驗優選出了超臨界二氧化碳密度、粘度及傳熱的計算模型，並採用交替疊代的方法進行了數值求解，為後續理論分析與實驗測試中超臨界二氧化碳物性參數計算提供資料庫；然後，通過超臨界二氧化碳浸泡頁岩與力學參數測試，分析了超臨界二氧化碳作用下頁岩力學特性變化規律，通過不同溫度、壓力條件下頁岩吸附二氧化碳變形測試，分析了超臨界二氧化碳作用下頁岩的變形規律，並基於能量守恆、熱力學和表面化學原理，建立了可以預測二氧化碳作用下頁岩變形的計算模型，進而利用電鏡掃描、X射線衍射及孔隙結構測試分析，研究了超臨界二氧化碳注入後頁岩組分與孔隙結構的變化特徵，揭示了二氧化碳與頁岩的相互作用機制；最後，利用真三軸試驗系統開展了超臨界二氧化碳壓裂裂縫擴展物理模擬實驗，對比分析了不同工況下的起裂壓力，利用高能CT掃描、AE與DR scanning對壓裂裂縫形態、數目及分布特徵進行了表征，並對比分析了地應力差、天然裂縫與層理面對壓裂裂縫形態的影響規律，基於損傷力學及地球化學理論，結合實驗測試結果揭示了頁岩氣儲層超臨界二氧化碳壓裂頁岩體損傷演化（即縫網形成）機理。研究成果為後續開展頁岩氣儲層超臨界二氧化碳壓裂機理研究提供了理論基礎。
