液氮溶浸煤致裂增透的实验研究

摘要

随着我国的经济持续快速发展，所需的各种能源也不断增加。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。但煤层气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开采。
　　在国家自然科学基金项目(51574139，51274079)资助下，本文通过液氮溶浸不同饱水度煤样的实验，观察记录溶浸前后煤样的微观、表观裂隙变化率λ，波速变化率η等指标，分析不同饱水度对于液氮低温冻却作用下对煤样致裂的影响。并对煤样进行二次冻融，再次比对煤样1次溶浸与2次溶浸后各项指标的变化。分析得出(1)在液氮溶浸后，原煤内原生裂隙扩展并有新生裂隙萌生。(2)煤样的含水率对液氮溶浸的效果有很大影响，饱和试样在溶浸前后的裂隙面积变化和波速变化比干燥和自然含水率两组煤样要明显。(3)煤样二次溶浸后比第一次溶浸的效果明显，有些煤样在进行二次溶浸后碎裂。这表明经反复冻融可以加剧煤样内部结构改变。
　　运用断裂力学方法，分析液氮冻却下原生裂隙扩展，结果表明在液氮冷却作用下，煤裂隙中当应力强度因子与断裂韧度相等时，煤裂隙发生扩展。若应力强度因子达不到裂隙的断裂韧度，煤裂隙不扩展。应用FLAC软件构建模型，分析钻孔煤注入液氮后冻却储层的渗透率演化。模拟发现在煤层注入液氮后会在钻孔附近出现0.16米的拉伸破坏带。在拉伸破坏区域，裂纹萌生和扩展，煤元的渗透性显著增加。

目录

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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

1．3 主要研究内容

第2章 液氮注入低渗煤致裂增透的可行性

2．1 液氮的性质、制备及应用

2．1．1 液氮的基本性质

2．1．2 液氮作为压裂液的经济分析

2．2 液氮注入煤层致裂破坏模式

2．3 液氮致裂煤的技术优势

2．4 本章小结

第3章 液氮溶浸煤实验

3．1 引言

3．2 煤样制备

3．3 试验仪器

3．4 实验方案及步骤

3．4．1 液氮溶浸后微观观测

3．4．2 液氮溶浸致裂实验

3．5 液氮溶浸实验结果

3．5．1 低温后煤岩微观观测

3．5．2 液氮溶浸后对煤样表观的影响

3．5．3 液氮溶浸后对煤样裂隙的影响

3．5．4 液氮溶浸后对煤样波速的影响

3．6 煤样的二次溶浸

3．6．1 液氮二次溶浸后对煤样表观的影响

3．6．2 液氮二次溶浸后对煤样裂隙的影响

3．6．3 液氮二次溶浸后对煤样波速的影响

3．7 本章小结

第4章 液氮溶浸煤致裂增透的机理分析

4．1 钻孔煤注入液氦增透数值模拟

4．1．1 温度应力

4．1．2 温度场

4．1．3 变形场

4．1．4 煤单元的强度准则和残余强度

4．1．5 剪胀角

4．1．6 渗透率演化模型

4．1．7 数值的实现

4．1．8 算例分析

4．2 液氮冻却下原生裂隙扩展分析

4．3 煤岩中的水结冰产生的膨胀力

4．4 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