温度对页岩渗流特性的影响研究

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1、温度对页岩渗流特性的影响研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：刘小川指导教师：卢义玉教授专业：安全技术及工程学科门类：工学重庆大学资源及环境科学学院二O一四年五月InfluenceofTemperatureontheSeepageCharacteristicsofShaleAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByLiuXiaochuanSupervisedbyProf.L

2、uYiyuSpecialty:SafetyTechnologyandEngineeringCollegeofResourcesandEnvironmentalScienceofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2014重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要页岩渗透率是影响页岩气抽采效率的关键参数之一。页岩储层较厚，储层上下两端埋深差别很大导致温度差异显著。同时，页岩中粘土矿物与有机质的热膨胀系数差异很大。温度变化时，差异性的膨胀体积使页岩内部结构改变，气体的渗流速度会随之改变，最终导致页岩渗透率的改变。所以研究温度

3、对页岩渗流特性的影响，对高效抽采页岩气具有重要意义。本文基于不同温度条件下甲烷内摩擦力变化、页岩骨架应变、基质收缩效应以及它们对甲烷渗流速度的作用，分析了第三类热应力对页岩渗透率的影响，并利用热弹性力学求解第三类热应力作用下的位移确定解，得到相应的修正渗透率，并通过实验对研究结果进行验证。主要研究成果如下：1、揭示了温度对页岩中甲烷渗流速度的影响规律：一方面，温度升高，甲烷内摩擦力的减速作用加大，同时，热应力压缩页岩骨架、基质热膨胀使基质间裂隙宽度变小，降低了甲烷渗流速度。另一方面，温度升高，甲烷解吸量增加，单位时间内甲烷的流动量增加，同时，基质解吸后

4、产生收缩效应，通道呈变大的趋势，提高了甲烷渗流速度。2、开展了页岩等温渗流实验，结果表明：页岩中甲烷的渗流速度随温度升高而减小，即温度对甲烷、页岩固体的作用大于温度对吸附解吸的作用。然而渗透率与气体性质无关，故温度影响甲烷渗透率的主要因素为热膨胀、热应力对页岩骨架的作用，所以甲烷的渗透率随温度升高而减小。3、温度升高，页岩中主要成分粘土矿物和有机质差异性热膨胀，改变了页岩孔隙结构，产生第三类热应力，第三类热应力增大，渗透率降低，符合有效应T力原理，其计算模型如下。3ET=(vii-2)T124、利用热流固耦合应力场平衡微分方程求解第三类热

5、应变位移确定解，得到了页岩渗透率的修正系数。修正渗透率与实验所得渗透率相吻合，且渗透率越低，修正渗透率准确度越高。2KT4(1)(12)(fTf)1()(T)xz2KE3(1)20关键词：页岩，渗流特性，温度，热应力，修正渗透率I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTShalepermeabilityisoneofthekeyparametersthataffectshalegasextractionefficiency.Theseepagechannelischangedincorresponde

6、ncewiththechangeofsubstratethermalexpansionvolumeresultingfromthedifferenceingroundtemperatureduringshalegasextractionprocess.Atthesametime,theshaleclaymineralsandorganicmatterinthermalexpansioncoefficientdifferenceisverybig.Thetemperaturechange,thedifferenceofthevolumeexpansion

7、makestheshaleinternalstructurechange,theseepagevelocityofthegaswillchange,eventuallyleadtoshalepermeabilitychange.Soaresearchintotheruleofshaleseepageundertheeffectofheatflowfluid-solidcouplingisofgreatsignificancetoanefficientextractionofshalegas.Bycombiningthetheoreticalanalys

8、iswithexperiment,thispaperfirstlyanalyzedthevar