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液氮冻结条件下岩石孔隙结构损伤试验研究 被引量：53
1
作者 蔡承政 李根生 +4 位作者 黄中伟 沈忠厚 王海柱 田守嶒 位江巍 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期965-971,共7页
液氮温度极低,约在-195.56^-180.44℃之间,当与岩石接触时会对岩石孔隙结构产生损伤。根据这一特点,低温液氮有望作为压裂流体对储层进行压裂改造。为了研究液氮冻结对岩石孔隙结构损伤的影响,选取两种不同砂岩岩样,分别在不同初始含水... 液氮温度极低,约在-195.56^-180.44℃之间,当与岩石接触时会对岩石孔隙结构产生损伤。根据这一特点,低温液氮有望作为压裂流体对储层进行压裂改造。为了研究液氮冻结对岩石孔隙结构损伤的影响,选取两种不同砂岩岩样,分别在不同初始含水饱和度条件下进行液氮冻结处理。对冻结前、后的岩样进行孔隙度以及核磁共振测试,得到岩样在冻结前、后的孔隙度、横向弛豫时间T2分布以及T2谱面积变化情况。试验结果表明:液氮冻结会对岩石的孔隙结构产生损伤,损伤程度受到岩性、孔隙度和岩石含水饱和度等因素影响;岩石含水饱和度越大,损伤就越严重,当岩石含水饱和度达到100%时,岩石表面产生了明显裂纹;岩石在液氮冻结下损伤形式主要是微孔隙的发育和扩展,微孔隙的增加会使岩石孔隙结构的连通性增强,甚至会产生新的大尺寸孔隙,从而对孔隙结构造成严重损伤。 展开更多
关键词 液氮冻结 孔隙结构 岩石损伤 核磁共振 液氮压裂
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液氮压裂作用下页岩破裂特征试验研究 被引量：16
2
作者 蔡承政 任科达 +1 位作者 杨玉贵 胡国忠 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期2183-2203,共21页
液氮压裂作为一种新型无水压裂方法,有望为页岩气高效开发提供一条新途径。为揭示液氮压裂作用下页岩破裂特征,利用自主研制的试验装置开展了液氮压裂试验,获得不同初始温度及液氮处理方式下页岩的破裂压力及裂缝形态,在此基础上探讨液... 液氮压裂作为一种新型无水压裂方法,有望为页岩气高效开发提供一条新途径。为揭示液氮压裂作用下页岩破裂特征,利用自主研制的试验装置开展了液氮压裂试验,获得不同初始温度及液氮处理方式下页岩的破裂压力及裂缝形态,在此基础上探讨液氮压裂对页岩的致裂机制,进而提出一种新的液氮压裂方法。研究表明,超低温液氮产生的热冲击效应会对页岩破裂压力及破裂模式造成显著影响,当页岩温度从室温(25℃)升高至80℃和150℃时,破裂压力分别降低22.58%和32.26%,破裂模式从室温状态下的沿初始弱面破坏转变成沿孔眼轴线的拉张破坏。经液氮低温处理页岩的破裂模式以随机分布的局部裂缝为主,局部裂缝的复杂性随页岩初始温度的升高而增大。在液氮低温冷冻状态下,由于页岩的渗透性的增大,在压裂过程中岩样表面出现了严重的漏气现象,破裂模式转变为开度较小的局部裂缝。液氮低温冷冻会导致页岩破裂压力升高,但能够降低流体进入页岩的难度,有利于页岩内压力的传递。液氮压裂可对页岩储层产生热冲击、低温损伤、冷冻开裂和压力致裂多重致裂效应,建议采用氮气压裂–液氮冷冻交替作业的施工方式,以充分发挥液氮的低温冷冻作用。 展开更多
关键词 岩石力学 页岩 液氮压裂 破裂特征 裂缝形态
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液氮冷冲击作用对煤岩微纳米尺度孔隙结构及力学性质的影响 被引量：10
3
作者 杨睿月 丛日超 +3 位作者 刘晗 黄中伟 温海涛 洪纯阳 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期82-92,共11页
液氮压裂是提高煤层气储层改造效率的潜在可行性技术之一,而目前对于液氮冷冲击作用下煤岩孔喉连通性及微观渗流特征可视化的研究则较少,致使该作用对煤岩微纳米尺度渗流特征与力学性质的影响机制认识尚不明确。为了给液氮压裂提高煤层... 液氮压裂是提高煤层气储层改造效率的潜在可行性技术之一,而目前对于液氮冷冲击作用下煤岩孔喉连通性及微观渗流特征可视化的研究则较少,致使该作用对煤岩微纳米尺度渗流特征与力学性质的影响机制认识尚不明确。为了给液氮压裂提高煤层气储层改造效率技术提供理论依据,基于CT扫描和原子力显微镜研究了液氮冷浸前、后煤岩微纳米尺度孔隙结构及力学性质的变化,揭示了液氮冷冲击作用对煤岩渗流能力的影响机制。研究结果表明:①液氮冷浸后,煤岩孔隙数量和孔隙尺度均增大,本次实验条件下孔隙度增大2倍,微裂缝占主导,微裂缝体积占比由液氮冷浸前的7.7%增至90.0%;②基于CT三维孔隙结构重构模型,液氮冷浸后,煤岩喉道数量、总长度、总体积均显著增加,较之于液氮冷浸前,分别增加了1.7倍、1.4倍、1.3倍,煤岩孔隙连通性得以明显改善;③液氮冷浸后,煤岩的绝对渗透率显著提高,在实验条件下为液氮冷浸前的77倍,热应力形成的微裂缝成为液氮冷浸后煤岩的主要渗流通道;④液氮冷浸后,煤岩基质区域和矿物区域均有孔洞及裂缝形成,煤岩表面粗糙度增加,与此同时煤岩基质区域和矿物区域的弹性模量均有所下降,弹性模量平均值分别降低81%、91%。结论认为,液氮冷冲击作用使得煤岩微观缺陷增多、力学性质劣化;液氮压裂有望成为一种高效、绿色的新型煤层气储层改造技术。 展开更多
关键词 液氮压裂 煤层气 储集层改造效率 CT扫描 数字岩心 原子力显微镜 孔喉连通性 微纳米尺度 力学性质
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液氮超低温诱导岩石类材料裂缝形成机制研究 被引量：6
4
作者 郑学林 张广清 郑士杰 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期889-903,共15页
液氮压裂是一种采用温度极低的液氮对储层进行压裂的方法。与常规压裂方式不同,液氮的超低温作用会使得储层岩石温度急剧降低,产生强烈的温度应力,诱导储层岩石产生裂缝。为探究液氮超低温作用诱导岩石裂缝的起裂和扩展机制,分别对裸眼... 液氮压裂是一种采用温度极低的液氮对储层进行压裂的方法。与常规压裂方式不同,液氮的超低温作用会使得储层岩石温度急剧降低,产生强烈的温度应力,诱导储层岩石产生裂缝。为探究液氮超低温作用诱导岩石裂缝的起裂和扩展机制,分别对裸眼井筒、预制裂缝和水力裂缝进行液氮超低温冲击作用模拟实验,获得诱导裂缝分布特征,并测量超低温冲击作用过程中井筒径向和预置裂缝法向温度场变化,研究最大拉应力准则和应力强度因子断裂准则,判定超低温诱导裂缝扩展范围的适用性。结果表明,超低温诱导裂缝主要垂直于裸眼井筒井壁、预制裂缝和水力裂缝等已有裂缝面起裂,且诱导裂缝两侧同样会出现垂直于诱导裂缝起裂的次级诱导裂缝,形成复杂裂缝网络。根据超低温诱导裂缝扩展尺度的实验结果,提出采用最大拉应力准则和应力强度因子断裂准则分别判定诱导裂缝扩展长度下限和上限的方法。此外,提出水力压裂结合液氮压裂改造储层的方法,并进行实验验证。研究结果为液氮压裂可行性和设计提供了依据。 展开更多
关键词 岩石力学 液氮压裂 温度作用 诱导裂缝 多级分支裂缝
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渤海低渗储层液氮压裂技术可行性研究
5
作者 李君宝 温海涛 +3 位作者 王晓鹏 张启龙 李月丽 余建生 《石油机械》 北大核心 2024年第9期89-96,共8页
渤海低渗储层改造面临产量递减快和稳产期短的问题。液氮压裂技术可以通过形成复杂裂缝以增强地层能量,提高油气井产量并延长稳产期,但是该技术在海上应用的可行性有待研究。为此,通过建立液氮在大尺度裂缝内的流动传热模型,分析了液氮... 渤海低渗储层改造面临产量递减快和稳产期短的问题。液氮压裂技术可以通过形成复杂裂缝以增强地层能量,提高油气井产量并延长稳产期,但是该技术在海上应用的可行性有待研究。为此,通过建立液氮在大尺度裂缝内的流动传热模型,分析了液氮压裂在渤海低渗储层中的造缝能力,结合常规水力压裂的携砂效果,评估了液氮作为携砂液需要的排量和液量,并综合考虑液氮压裂的施工压力和施工规模,分析了液氮压裂在海上的适用性。分析结果表明:提高液氮注入排量是扩大复杂裂缝造缝范围的有效手段,以4.32 m^(3)/min的排量注入液氮60 min,可以形成半长为44 m的复杂裂缝;液氮作为携砂液,达到常规水力压裂携砂铺置效果所需的排量为9~14 m^(3)/min。针对海上作业特点,提出了液氮携砂压裂和液氮复合压裂2种海上液氮压裂工艺,液氮复合压裂工艺具备海上实施条件,有望成为渤海低渗储层开采的重要技术储备。 展开更多
关键词 液氮压裂 渤海油田 低渗储层 造缝能力 携砂能力 水力压裂 适用性
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液氮致裂层理煤体热–流–固–损伤耦合模型及数值模拟研究
6
作者 林海飞 李博涛 +5 位作者 李树刚 宋兆雪 王裴 罗荣卫 魏宗勇 秦雷 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1110-1123,共14页
煤体原生层理对煤体力学性质有显著影响,为探究液氮低温致裂层理煤体裂纹扩展及劣化失稳机制,基于细观基元理论和损伤力学理论建立热–流–固–损伤耦合模型,并利用COMSOL软件模拟获得不同应力比下液氮致裂层理煤体裂纹扩展分布特征,分... 煤体原生层理对煤体力学性质有显著影响,为探究液氮低温致裂层理煤体裂纹扩展及劣化失稳机制,基于细观基元理论和损伤力学理论建立热–流–固–损伤耦合模型,并利用COMSOL软件模拟获得不同应力比下液氮致裂层理煤体裂纹扩展分布特征,分析压裂过程中煤体损伤、渗透率和温度的演化规律。结果表明:液氮注入煤体初期(5 s),钻孔附近与液氮接触煤体温度急剧下降形成小范围超低温区,产生的热应力超过煤体抗拉强度,在钻孔周围产生损伤破坏区域。随着液氮注入压力增加,煤体内部出现多条主裂纹,主裂纹主要沿层理方向发育并生成次生裂隙,且钻孔周围形成复杂破坏区域,煤体损伤开始增大,渗透率也随之增加;注入压力持续增加煤体进入失稳阶段,煤样内部大量裂纹贯通,煤体发生破坏,煤体损伤和渗透率也逐渐达到峰值。煤体损伤、裂隙压力与渗透率随着煤体层理角度增加呈增加后减小趋势,层理角度为45°时达到最大值;煤体损伤、裂隙压力与渗透率在应力比为0.5时达到最大,应力比从0.5增大到1时大幅减小,应力比超过1后逐渐趋于平稳。层理对煤体液氮压裂的起裂压力影响显著,不同层理角度条件下煤体液氮压裂起裂压力变化规律相似,随层理角度增加,起裂压力呈现出先减小后增大“U”型变化趋势;相同层理角度下,随着应力比增加起裂压力逐渐增加。研究结果为进一步掌握液氮压裂煤体技术,确定液氮致裂工艺参数提供了依据。 展开更多
关键词 采矿工程 液氮压裂 层理煤体 热–流–固–损伤耦合 裂纹扩展 起裂压力
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液氮压裂技术及其前景分析 被引量：3
7
作者 杨良泽 陈璨 +1 位作者 王一乐 罗茂桃 《科技创新与生产力》 2019年第2期66-68,共3页
为了避免水力压裂造成的储层伤害与环境污染等一系列问题,笔者提出采用液氮压裂有望解决这些问题,分析了液氮低温对岩石产生的降温致裂作用和冻结致裂作用,总结了液氮压裂技术、经济及环保方面的优势,对液氮压裂前景进行展望,指出液氮... 为了避免水力压裂造成的储层伤害与环境污染等一系列问题,笔者提出采用液氮压裂有望解决这些问题,分析了液氮低温对岩石产生的降温致裂作用和冻结致裂作用,总结了液氮压裂技术、经济及环保方面的优势,对液氮压裂前景进行展望,指出液氮压裂可作为油气开发的技术储备,对于今后实现非常规天然气高效开发具有十分重要意义。 展开更多
关键词 非常规天然气 储层改造 无水压裂 液氮压裂
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煤层气井液氮伴注压裂增透机制及应用研究 被引量：11
8
作者 张文勇 司磊 +2 位作者 郭启文 田坤云 张瑞林 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第11期97-102,共6页
针对平顶山矿区煤储层“低压、低渗、低饱和度”的特点,为提高地面煤层气储层改造效果,增加煤层气单井产量,提出了采用液氮伴注技术对储层进行压裂改造。基于断裂力学理论,系统分析了液氮伴注压裂的增产机制:液氮汽化吸热致使煤岩降温... 针对平顶山矿区煤储层“低压、低渗、低饱和度”的特点,为提高地面煤层气储层改造效果,增加煤层气单井产量,提出了采用液氮伴注技术对储层进行压裂改造。基于断裂力学理论,系统分析了液氮伴注压裂的增产机制:液氮汽化吸热致使煤岩降温所产生的温度应力和体积膨胀产生的孔隙压力两者作用下致使煤岩体发生破坏,生成大量微裂隙,提高煤储层渗透性,达到对煤储层改造的目的。采用液氮伴注压裂可显著提高施工砂比,降低压裂液滤失,减小对储层的伤害。压裂后能有效提高地层能量,提高临界解吸压力,缩短煤层气井排采见气周期。现场试验表明:单井最高日产气量达1708 m^3,累计产气量620000 m^3,在构造煤发育区实现了稳定、连续产气。 展开更多
关键词 煤层气井 液氮伴注压裂 温度应力 增透机制
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临兴致密气藏压裂水锁伤害评价与措施优化 被引量：10
9
作者 程宇雄 彭成勇 +1 位作者 周建良 张滨海 《特种油气藏》 CAS CSCD 北大核心 2017年第3期135-139,共5页
针对临兴致密气水锁伤害问题,利用水相圈闭指数法和总水体积法,对该地区压裂层位进行水锁伤害评价。采用考虑启动压力的理论模型计算出液氮用量的理论值,分析了液氮用量与压裂后产能之间的关系,从而对水锁解除措施进行优化。研究结果表... 针对临兴致密气水锁伤害问题,利用水相圈闭指数法和总水体积法,对该地区压裂层位进行水锁伤害评价。采用考虑启动压力的理论模型计算出液氮用量的理论值,分析了液氮用量与压裂后产能之间的关系,从而对水锁解除措施进行优化。研究结果表明:临兴地区较多层位存在水锁风险;对于易水锁、临界水锁层位,充足的液氮量有利于解除水锁,建议临兴地区液氮用量经验系数取4.0~5.0。该研究可为临兴致密气压裂水锁解除措施优化提供依据。 展开更多
关键词 致密砂岩气 水锁伤害 水相圈闭指数法 总水体积法 液氮伴注压裂
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液氮循环压裂裂缝起裂与形态特征可视化研究 被引量：2
10
作者 洪纯阳 杨睿月 +3 位作者 黄中伟 温海涛 夏志浩 李根生 《石油科学通报》 2023年第1期87-101,共15页
针对干热岩储层改造存在的起裂压力高、裂缝单一和易诱发地震的瓶颈难题,本文结合循环水力压裂和液氮压裂技术优势,探索了一种液氮循环压裂开发干热岩的新思路,即通过“注入—停顿”的方式周期性注入低温液氮,使岩石在交变热应力—流体... 针对干热岩储层改造存在的起裂压力高、裂缝单一和易诱发地震的瓶颈难题,本文结合循环水力压裂和液氮压裂技术优势,探索了一种液氮循环压裂开发干热岩的新思路,即通过“注入—停顿”的方式周期性注入低温液氮,使岩石在交变热应力—流体压力耦合作用下发生疲劳损伤,促进裂缝起裂、转向、分叉进而形成复杂缝网,提高储层改造体积。目前,液氮压裂技术的研究多集中在液氮单次或循环冷却致裂岩石力学机制和液氮压裂造缝机理方面,考虑地应力条件下的液氮循环压裂造缝机理方面的研究未见报道。为了验证液氮循环压裂开发干热岩的可行性,基于自主研发的真三轴液氮循环压裂实验装置,采用可视化材料PMMA(Polymethyl Methacrylate),研究了水平应力差异系数和循环次数的影响规律,揭示了液氮循环压裂裂缝起裂与形态特征,并与清水循环压裂进行了对比。结果表明:在较低的循环次数和循环压力下,液氮循环压裂相对于清水循环压裂可显著降低起裂压力(下降47.1%~71.7%),在交变热应力—流体压力耦合作用下液氮循环压裂易形成以“热应力裂缝+主裂缝”为特征的复杂缝网;液氮循环压裂不易受水平应力差异系数控制,在较大水平应力差异系数下仍能取得较好的造缝效果;液氮循环冷却预处理是液氮循环压裂的关键,增大液氮循环冷却次数可显著降低裂缝起裂压力并形成复杂缝网,当直接采用高压液氮压裂时,起裂压力甚至会超过清水压裂;总体来看,液氮循环压裂相对于清水循环压裂能以较低的循环次数和循环注入压力实现较好的造缝效果,有望为干热岩绿色经济高效开发提供新途径。研究结果可望为液氮循环压裂开发干热岩提供理论依据和实验基础。 展开更多
关键词 增强型地热系统(EGS) PMMA 液氮循环压裂 热应力 疲劳损伤
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