油页岩地下原位压裂—热解物理力学特性试验研究

发布时间：2021-05-14 07:30

　　油页岩,是一种层理特别发育的沉积岩,作为一种非常规油气资源,其固体骨架中富含固态有机质干酪根,它在受到高温热解作用后得到液态的页岩油及混合烃类气体等产物,可以作为石油的替代能源。近年来,随着传统的油页岩地面露天开采干馏加热利用所暴露出来的资源浪费和环境污染等问题的日益严重,油页岩的地下原位转化技术越来越受到人们的关注,势必将会成为未来主要的新型开发利用方式。油页岩原位注热开采技术,是太原理工大学赵阳升团队在2005年首次提出的一种新型的油页岩地下原位开发技术,其核心内容是采用群井压裂技术使注汽井与产油井相互连通,然后通过地面管网将温度大于500℃的过热水蒸气沿注汽井注入油页岩矿层中,并且通过热解破裂作用得到油气产物。本研究以该技术为研究背景,以抚顺东露天矿的油页岩为研究对象,针对该技术中提出的群井压裂技术和注热开采过程中干酪根的温压环境,通过理论分析和试验研究,从微观到宏观,从室温到高温,从低压到高压,对不同层理间的力学特性、裂缝起裂及扩展规律、热解特性、孔裂隙结构及演化规律和渗透特性等进行深入和全面的分析和研究。主要研究内容及结果如下:（1）通过万能伺服压力试验机分别研究平行和垂直于... 

【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校

【文章页数】：189 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
符号表
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 油页岩开采技术研究现状
        1.2.2 油页岩原位压裂技术研究现状
        1.2.3 油页岩热解及孔裂隙结构特征研究现状
    1.3 本文的主要研究内容与方法
        1.3.1 主要研究内容与方法
        1.3.2 研究技术路线
第二章 油页岩的物理力学特性试验研究
    2.1 单轴抗压强度测试试验研究
        2.1.1 试件制备、试验装置及方法
        2.1.2 试验参数结果及分析
        2.1.3 声发射变化特征分析
        2.1.4 单轴压缩破坏裂缝形态特征分析
    2.2 巴西劈裂法单轴抗拉强度测试试验研究
        2.2.1 试件制备、试验装置及方法
        2.2.2 试验参数结果及分析
        2.2.3 单轴拉伸破坏裂缝形态特征分析
    2.3 油页岩I型断裂韧度各向异性力学特性试验研究
        2.3.1 试件制备、试验装置及方法
        2.3.2 试验参数结果及分析
        2.3.3 I型断裂裂缝扩展形态特征分析
    2.4 裂缝起裂及其扩展机理研究
        2.4.1 裂缝的起裂压力及其规律研究
        2.4.2 裂缝的扩展规律研究
        2.4.3 裂缝与弱面相遇时的扩展规律
    2.5 本章小结
第三章 大尺寸油页岩试件真三轴压裂试验研究
    3.1 试件制备、试验装置与方法
        3.1.1 试件制备
        3.1.2 试验装置
        3.1.3 试验方法
    3.2 大尺寸油页岩试件真三轴水力压裂试验研究
        3.2.1 水力压裂裂缝在油页岩试件垂直层理方位的扩展特征
        3.2.2 水力压裂裂缝在油页岩试件平行层理方位的扩展特征
        3.2.3 水力压裂裂缝在混凝土试件的扩展特征
    3.3 大尺寸油页岩试件真三轴超临界CO_2压裂试验研究
        3.3.1 超临界CO_2压裂裂缝在油页岩试件垂直层理方位的扩展特征
        3.3.2 超临界CO_2压裂裂缝在油页岩试件平行层理方位的扩展特征
        3.3.3 超临界CO_2压裂裂缝在混凝土试件的扩展特征
        3.3.4 不同压裂方式和层理方位的压裂效果对比
    3.4 本章小结
第四章 不同温压条件下油页岩的热解特性及孔隙结构演化规律研究
    4.1 试件制备、试验装置与方法
        4.1.1 试件制备与试验装置
        4.1.2 试验方法
    4.2 油页岩的热解特性规律研究
        4.2.1 试件表面特征分析
        4.2.2 失重率演化规律研究
        4.2.3 工业评价分析
    4.3 油页岩孔隙尺度的细观结构演化规律研究
        4.3.1 孔隙连通特性分析
        4.3.2 孔隙特征参数分析
        4.3.3 孔隙率演化规律研究
        4.3.4 孔径分布特征
    4.4 本章小结
第五章 不同温压条件下油页岩热解的裂缝结构演化规律研究
    5.1 试验装置与方法
    5.2 油页岩裂缝尺度的细观结构演化规律研究
        5.2.1 热解破裂特征分析
        5.2.2 基于单一层位的裂缝分布特征
        5.2.3 基于单一层位的裂缝特征参数及其演化规律
        5.2.4 基于三维重构的裂缝空间分布特征
    5.3 本章小结
第六章 不同温压条件下油页岩热解的渗透特性规律试验研究
    6.1 试件制备、试验装置与方法
        6.1.1 试件制备与试验装置
        6.1.2 试验方法
    6.2 油页岩的渗透特性规律试验研究
        6.2.1 渗透率随温度的变化规律
        6.2.2 渗透率随体积应力的变化规律
        6.2.3 渗透率随孔隙压力的变化规律
    6.3 油页岩的热解破裂机理研究
    6.4 本章小结
第七章 结论与展望
    7.1 主要结论
    7.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文及参与项目
博士学位论文独创性说明


【参考文献】：
期刊论文
[1]压力条件对龙口油页岩热解特性的影响[J]. 王擎,李涛.  化工进展. 2017(10)
[2]高温三轴应力下吉木萨尔油页岩渗透率演化规律[J]. 董付科,杨栋,冯子军.  煤炭技术. 2017(08)
[3]“十三五”能源消费结构怎么变?[J].   中国经济周刊. 2017(03)
[4]受载混凝土内部应变及声发射特征研究[J]. 汪皓,王笑然,刘晓斐,李学龙,湛堂啟.  工矿自动化. 2016(10)
[5]Pore Structure Characteristics and Permeability of Deep Sedimentary Rocks Determined by Mercury Intrusion Porosimetry[J]. Na Zhang,Manchao He,Bo Zhang,Fengchao Qiao,Hailong Sheng,Qinhong Hu.  Journal of Earth Science. 2016(04)
[6]超临界二氧化碳无水压裂新技术实验研究展望[J]. 赵志恒,李晓,张搏,甘冰,李关访.  天然气勘探与开发. 2016(02)
[7]含瓦斯煤受载损伤演化声发射特性实验研究[J]. 钮月,李忠辉,王红浩,王佳丽,刘帅杰,殷山,孔艳慧,洪森.  工矿自动化. 2016(06)
[8]油页岩热解过程中的光谱学研究[J]. 兰新哲,罗万江,宋永辉,张秋利,周军.  光谱学与光谱分析. 2016(04)
[9]煤层水力压裂过程“三场”演化规律特征[J]. 许昭勇,宋大钊,邱黎明,王恩元,马亚飞,何俊江.  工矿自动化. 2016(03)
[10]大尺寸真三轴页岩水平井水力压裂物理模拟试验与裂缝延伸规律分析[J]. 侯振坤,杨春和,王磊,刘鹏君,郭印同,魏元龙,李芷.  岩土力学. 2016(02)

博士论文
[1]基于油页岩组成结构的热解特性研究[D]. 畅志兵.中国矿业大学(北京) 2017
[2]油页岩水平井水力压裂裂缝起裂与延伸机理研究[D]. 高帅.吉林大学 2017
[3]油页岩热解过程及产物析出特性实验研究[D]. 罗万江.西安建筑科技大学 2016
[4]油页岩热解反应特性及机理研究[D]. 王薇.中国石油大学(北京) 2016
[5]油页岩热损伤演化特性及损伤模型研究[D]. 赵贵杰.吉林大学 2015
[6]松软煤层井下水力压裂致裂机理及应用研究[D]. 雷毅.煤炭科学研究总院 2014
[7]油页岩水力压裂数值模拟及实验研究[D]. 王维.吉林大学 2014
[8]油页岩原位热解与煤地下气化耦合过程研究[D]. 赵丽梅.中国矿业大学（北京） 2013
[9]煤层水压致裂理论及应用研究[D]. 杜春志.中国矿业大学 2008

硕士论文
[1]油页岩半焦燃烧过程中含氧官能团和孔隙结构的演变研究[D]. 张少冲.东北电力大学 2017
[2]裂缝性储层人工裂缝起裂及延伸机理研究[D]. 张杨.东北石油大学 2012
[3]特低渗透油藏水力压裂中的若干计算与裂缝扩展分析[D]. 李勇.中国石油大学 2008



本文编号：3185250