页岩气藏CO2干法压裂研究

1 绪论 7
1.1 国内页岩气开发的难点 7
1.2 关键技术问题 8
1.2.1 CO2干法压裂液配方的改良 8
1.2.2 井筒温度压力分布 13
1.2.3 缝网形成机理及压裂模拟 14
1.2.4 页岩吸附CH4/CO2特性 16
2 页岩储层特征分析 20
2.1 实验样品采集 20
2.2 页岩矿物组成分析 20
2.2.1 实验设备和测试方法 21
2.2.2 实验结果与分析 21
2.3 扫描电镜分析 24
2.3.1 实验设备和测试方法 24
2.3.2 实验结果与分析 24
2.4 比表面及孔径测试 29
2.4.1 实验设备和测试方法 29
2.4.2 实验结果与分析 29
2.5 页岩岩石力学分析 33
2.5.1 实验设备和测试方法 33
2.5.2 实验结果与分析 33
2.6 页岩气藏的温度和压力 36
3 页岩吸附CH4和CO2实验研究 37
3.1 实验方法及原理 37
3.1.1 实验样品及材料 37
3.1.2 实验装置 38
3.1.3 实验流程 39
3.1.4 绝对吸附量与过剩吸附量 40
3.1.5 吸附热力学 41
3.2 实验结果 42
3.2.1 单组分CH4和CO2气体吸附 42
3.2.2 二元气体吸附 46
3.3 影响因素分析及讨论 52
3.3.1 矿物组成对单组分吸附的影响 52
3.3.2 孔隙结构的影响 53
3.3.3 选择性吸附 55
3.3.4 吸附热力学 56
4 改良的CO2干法压裂液性能评价 59
4.1 改良的CO2干法压裂液流变特性研究 59
4.1.1 实验系统及原理 59
4.1.2 实验结果及分析 64
4.2 摩擦阻力特性研究 74
4.2.1 实验系统及原理 74
4.2.2 实验结果及分析 75
4.3 携砂特性研究 79
4.3.1 实验系统及原理 79
4.3.2 实验结果及分析 81
4.4 滤失伤害特性 86
4.4.1 实验系统及方法 86
4.4.2 实验结果及分析 88
5 压裂井筒温度压力分布研究 92
5.1 井筒非稳态温度压力耦合模型 92
5.1.1 基本假设 92
5.1.2 单元体划分 93
5.1.3 传热模型 94
5.1.4 压降模型 96
5.1.5 相关参数计算 97
5.2 模型求解方法 98
5.2.1 模型差分离散 98
5.2.2 编程求解方法 98
5.3 模型计算结果及分析 98
5.3.1 井筒温度压力分布 99
5.3.2 注入压力对井底温度和压力的影响 101
5.3.3 注入温度的影响 102
5.3.4 地温梯度的影响 102
5.3.5 油管尺寸的影响 103
5.3.6 注入排量的影响 104
5.3.7 岩性的影响 105
5.3.8 纯CO2与改良的CO2干法压裂液对比分析 105
5.3.9 极限深度的确定 106
6 页岩气藏干法压裂裂缝网络形成机制 108
6.1 页岩裂缝网络的形成机制 108
6.1.1 裂缝网络模型 109
6.1.2 裂缝端部应力强度因子 110
6.1.3 缝内压力分布 111
6.1.4 临界压力及临界排量 112
6.1.5 影响因素分析 112
6.2 页岩天然裂缝的滑移机制 117
6.2.1 天然裂缝产状的影响 118
6.2.2 弹性模量和泊松比的影响 119
6.2.3 裂缝长度的影响 120
6.2.4 地应力差的影响 121
7 页岩气藏干法体积压裂模拟 123
7.1 体积压裂离散化缝网模型（DFN） 123
7.1.1 DFN模型基本假设 123
7.1.2 DFN模型的主要方程 124
7.1.3 DFN裂缝网格数目 127
7.1.4 DFN改造储层体积 127
7.2 页岩储层性质对体积压裂的影响机制 128
7.2.1 水平地应力差的影响 131
7.2.2 页岩弹性模量的影响 133
7.2.3 泊松比的影响 134
7.2.4 次生裂缝缝间距的影响 136
7.2.5 页岩储层体积压裂层段的优选 137
7.3 体积压裂工艺参数优化 137
7.3.1 压裂模拟 138
7.3.2 排量优化 139
7.3.3 前置液比例优化 140
7.3.4 压裂液总量优化 141
7.3.5 砂比优化 142
参考文献 143
附 录 误差及不确定度分析 127