油頁巖原位開采水熱力耦合模型與水力壓裂規(guī)律研究.pdf

1、 - I - 摘 要 摘 要 油頁巖作為一種非常規(guī)能源，儲(chǔ)量巨大，是石油資源的有益替代和補(bǔ)充。雖然地上干餾技術(shù)成熟，但其廢渣數(shù)量極大，污染嚴(yán)重，并且占用大量良田，因此需著力研究原位干餾技術(shù)。本文主要研究油頁巖的原位注汽開采，采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，理論研究和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對(duì)油頁巖進(jìn)行高溫?zé)峤馓匦允覂?nèi)實(shí)驗(yàn)，建立油頁巖原位開采的水熱力多場(chǎng)耦合數(shù)學(xué)模型，并利用有限元軟件對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬。最后為改善油頁巖低滲透的特性，提高產(chǎn)油效率，

2、對(duì)其進(jìn)行水力致裂的模擬研究。 首先，對(duì)油頁巖的物理化學(xué)與力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，給出了力學(xué)損傷變量和化學(xué)損傷變量的確定方法?；趥鹘y(tǒng)的等效應(yīng)變假設(shè)，從油頁巖的單軸應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線分離出彈塑性損傷信息，定義油頁巖的力學(xué)損傷變量。同理，基于熱解實(shí)驗(yàn)，定義了油頁巖的化學(xué)損傷變量。 其次，建立考慮損傷情況的油頁巖原位開采水熱力耦合數(shù)學(xué)模型，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬。數(shù)學(xué)模型充分考慮熱彈塑性的損傷，孔隙流體的熱對(duì)流和干酪根發(fā)生相變的影響，以及控制方程中

3、的物理參數(shù)是溫度的函數(shù)。油頁巖原位干餾的數(shù)值模擬可知：熱傳導(dǎo)主要沿水平方向，而熱對(duì)流主要發(fā)生在豎直方向。另外，2 年以后的投入成本將大于產(chǎn)出所創(chuàng)造的價(jià)值。 再次，利用 weibull 分布的隨機(jī)變量對(duì)油頁巖的熱膨脹系數(shù)、熱傳導(dǎo)率、比熱、彈性模量、 抗拉壓強(qiáng)度等材料參數(shù)賦值， 對(duì)地下加熱油頁巖的熱破裂進(jìn)行數(shù)值模擬，可知：溫度場(chǎng)，應(yīng)力場(chǎng)和變形場(chǎng)的變化均表現(xiàn)出明顯的非均勻性和隨機(jī)性，其熱破裂現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)室的干餾實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。 最后，利用 A

4、BAQUS 中的 COHESIVE 單元和子程序接口，對(duì)油頁巖水力壓裂的數(shù)值模擬知：第一主應(yīng)力主要分布在壓裂井井筒處，并對(duì)上下兩層巖體影響較大，而第二、三主應(yīng)力對(duì)其他兩層的影響相對(duì)較小。另外，壓裂液濾失率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，且曲線斜率慢慢變小。上述研究成果為油頁巖原位干餾技術(shù)和巖體的水力壓裂技術(shù)提供了理論依據(jù)，巖體的水力壓裂可為頁巖油的運(yùn)移提供通道，油頁巖的原位干餾則是一種既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保的雙贏技術(shù)。 關(guān)鍵詞：油頁巖原位開采；多場(chǎng)耦合模型；損傷變