液氮半溶浸煤致裂增透试验研究

摘要

随着我国的经济持续快速发展，国内常规油气的开采已不能满足社会需求，所以加大非常规能源如煤层气的开发及利用是非常必要的。但国内煤储层都是低孔低渗透，所以在开采时需要人工造缝或使用压裂技术来改造储层使其增大渗透性以便于抽采。
　　本文在国家自然科学基金“低渗煤层注入液氮致裂机理研究”(Nos.51574139)和“饱和非饱和围岩峰后力学特性”(Nos.51274079)下进行研究，基于液氮与近井煤层的低温作用关系自创性的提出液氮半溶浸实验。研究饱水度、液氮冻融次数、温度梯度等多种因素对液氮注入下不同类型煤体内缺陷结构扩展的影响规律，分析得出:
　　1.煤样纵波波速与煤岩密度呈正相关关系，与孔隙度呈负相关关系。煤岩的强度和刚度越高，矿物颗粒越致密，其受液氮冻结的影响越小。
　　2.煤岩液氮冻结损伤程度与含水率呈正相关关系，与温度梯度呈正相关关系。
　　3.煤岩冻结损伤程度与冻结次数呈正相关关系，且二次冻结损伤程度与含水率呈正相关关系，与孔隙度呈负相关关系。
　　4.引入了裂尖应力强度因子和断裂韧度等概念，提出了煤岩裂隙断裂机制。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 低温流体致裂增透研究

1．2．2 低温冻融岩石损伤研究

1．2．3 煤岩波速的研究

1．3 主要研究内容及技术路线

第2章 液氮致裂煤岩可行性研究

2．1 技术可行性研究

2．2 低温流体致裂增透的技术优势

2．3 低温流体的对比分析

2．4 液氮作为压力液的制备可行性

2．5 液氮作为压力液的经济可行性

2．6 本章小结

第3章 液氮半溶浸实验

3．1 引言

3．2 煤样特征及实验设备

3．2．1 不同变质程度原煤煤样制备

3．2．2 不同饱水度煤样制备

3．2．3 液氮半溶浸实验设备及实验方案

3．2．4 测试设备及注意事项

3．3 本章小结

第4章 煤岩液氮冻结前后内部损伤研究

4．1 引言

4．2 液氮冻结前后波速研究方案

4．3 冻结前后超声波波速变化影响因素研究

4．3．1 超声波传播基础理论

4．3．2 煤样性质实验及初步分析

4．3．3 不同种类煤岩冻结前后波速变化

4．3．4 不同饱水度煤岩冻结前后波速变化

4．3．5 温度梯度对煤岩波速变化的实验研究

4．3．6 冻结次数对煤岩波速变化的实验研究

4．4 本章小结

第5章 煤岩液氮冻结前后细观损伤研究

5．1 引言

5．2 液氮冻结前后细观观测内容

5．3 煤样微裂隙扩展的影响因素

5．3．1 煤岩类型对裂隙扩展的实验研究

5．3．2 不同饱水度对裂隙扩展的实验研究

5．3．3 温度梯度对裂隙扩展的实验研究

5．3．4 冻结次数对裂隙扩展的实验研究

5．3．5 煤岩颗粒脱落

5．4 本章小结

第6章 液氮冻结煤致裂增透的机理分析

6．1 引言

6．2 裂隙煤岩冻结损伤断裂机理研究

6．3 干燥煤岩裂隙扩展机理

6．3．1 温度场基本理论

6．3．2 热传导微分方程

6．3．3 温度场的边值条件

6．3．4 裂隙煤岩温度应力数学模型的建立

6．3．5 干燥煤裂隙扩展实验现象的解释

6．4 含水煤岩裂隙扩展机理

6．4．1 含水煤岩裂隙扩展最低饱和度

6．4．2 饱水煤岩基本假设

6．4．3 冻胀压力

6．4．4 饱水煤岩裂隙扩展判据

6．4．5 饱水煤裂隙扩展实验现象的解释

6．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢