酸化压裂液作用下油页岩的损伤特性

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油页岩属于非常规油气资源,是非常重要的石油替代能源,我国油页岩资源储量丰富,居世界第二位。充分开发利用我国油页岩资源,弥补我国常规油气产量的不足,这对推动我国国民经济的发展和社会稳定会起到不可估量的作用。本文在油页岩原位转化技术的基础之上,对水力压裂工艺进行优化,使用以盐酸为酸基的酸化压裂液,对汪清矿区油页岩进行酸化处理,研究经酸化后油页岩的宏观力学特性劣化特征,并结合其微观孔隙结构特征,对酸化后油页岩的微观结构进行表征,探究酸化压裂液作用下油页岩的化学损伤特性,从而为油页岩原位压裂技术提供技术借鉴,提高开采效率。首先对岩石损伤的基本原理进行阐述,分析了油页岩在酸化压裂液中的酸蚀过程是油页岩中无机矿物(碳酸盐)被酸溶液溶蚀、分解,从而使油页岩出现酸蚀孔洞;油页岩受酸蚀作用使其力学性质发生劣化,并结合酸化油页岩在单轴载荷压缩作用下的宏观力学特征,推倒出化学-应力耦合作用下油页岩的损伤演化方程。以吉林省汪清矿区油页岩为岩样,开展了酸化试验和力学特性试验,得到了酸化前后油页岩的质量、单轴抗压强度、抗拉强度等物理力学特性的变化规律,试验表明:随着酸化时间的增加,油页岩的质量均有不同程度的减少,单轴抗压强度、抗拉强度也随着时间的增加而降低,且具有层理性,同时建立了以弹性模量变化为损伤变量的油页岩化学损伤演化方程;同时对酸化前后油页岩进行了X射线衍射试验,得到了酸化前后XRD衍射图谱,发现酸化后油页岩碳酸盐类矿物特征峰消失,说明酸化压裂液主要与油页岩中碳酸盐类矿物发生反应。采用核磁共振技术对酸化前后油页岩的微观孔隙结构特性进行了表征,得到了经过酸化不同时间油页岩的T2弛豫时间分布、T2图谱总面积、孔隙度等微观孔隙结构特性,得到了酸化油页岩核磁共振T2图谱面积、孔隙度、孔径分布与酸化时间的关系。通过对酸化后油页岩的力学特性试验和核磁共振试验,展开了油页岩在不微观孔隙结构特性参数条件下的力学特性研究,同时建立了油页岩微观结构特征与宏观物理力学特性之间的联系。
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