目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 CO2相態(tài)及物理化學(xué)性質(zhì) 1
1.1.1 CO2的物理化學(xué)性質(zhì) 1
1.1.2 CO2-水混相特征 4
1.2 CO2壓裂技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 5
1.2.1 CO2壓裂技術(shù)分類 5
1.2.2 CO2壓裂現(xiàn)場應(yīng)用概況 9
1.3 CO2壓裂及埋存機理研究概況 12
1.3.1 CO2壓裂機理簡介 12
1.3.2 CO2埋存機理簡介 13
第2章 巖石孔隙尺度CO2滲流機理 16
2.1 CO2在地下巖石中的滲流 16
2.1.1 多孔介質(zhì)單相流 16
2.1.2 多孔介質(zhì)兩相流 17
2.2 孔隙尺度研究方法 21
2.2.1 微觀孔隙結(jié)構(gòu)表征 22
2.2.2 孔隙尺度數(shù)值模擬方法 24
2.3 CO2滲流-埋存微觀規(guī)律 31
2.3.1 多孔介質(zhì)微觀驅(qū)替模式 31
2.3.2 多孔介質(zhì)微觀滲吸規(guī)律 32
2.3.3 殘余捕集影響因素 33
2.3.4 毛細管壓力曲線影響因素 35
2.3.5 相對滲透率影響因素 36
第3章 CO2-水-巖反應(yīng)對巖石微觀結(jié)構(gòu)與物性的影響 38
3.1 CO2-水-巖反應(yīng)理論 38
3.1.1 CO2-水-巖反應(yīng)式 38
3.1.2 化學(xué)反應(yīng)速率理論 40
3.1.3 表面潤濕性變化 44
3.2 CO2-水-巖反應(yīng)對頁巖微觀結(jié)構(gòu)特征的影響 45
3.2.1 頁巖表面特征 45
3.2.2 頁巖有機質(zhì) 48
3.2.3 孔隙分布特征與孔隙度 50
3.3 CO2對巖石滲透性的影響 54
3.3.1 滲透性增強 54
3.3.2 滲透性減弱 55
第4章 CO2作用下巖石的黏彈塑性力學(xué)性質(zhì) 58
4.1 彈塑性力學(xué)性質(zhì) 58
4.1.1 彈塑性參數(shù) 58
4.1.2 剪切-斷裂破壞準則 60
4.2 頁巖脆性蠕變機制及模型 66
4.2.1 脆性蠕變機制及流體影響 66
4.2.2 脆性蠕變模型 69
4.2.3 CO2作用下頁巖的蠕變特征 73
4.3 微觀力學(xué)性質(zhì) 78
4.3.1 納米壓痕試驗原理及方法 78
4.3.2 納米壓痕技術(shù)在頁巖力學(xué)研究中的應(yīng)用 80
4.4 影響因素分析 81
4.4.1 礦物組分、孔隙度、各向異性影響 81
4.4.2 圍壓影響 83
4.4.3 溫度影響 84
4.4.4 加載速率影響 85
4.4.5 孔隙流體影響 86
第5章 CO2壓裂及埋存孔隙彈性力學(xué)性質(zhì) 87
5.1 三維固結(jié)條件下Biot理論 87
5.1.1 各向同性彈性孔隙介質(zhì)應(yīng)變-應(yīng)力-流體含量-流體壓力的關(guān)系 87
5.1.2 各向同性彈性孔隙介質(zhì)的Biot有效應(yīng)力系數(shù) 88
5.1.3 Biot理論在水力壓裂裂縫擴展中的應(yīng)用 91
5.2 Biot有效應(yīng)力系數(shù)的試驗測量方法 91
5.2.1 直接測量方法 92
5.2.2 間接測量方法 96
5.3 Biot有效應(yīng)力系數(shù)的影響因素 98
5.3.1 孔隙度和孔隙形狀 98
5.3.2 巖石非均質(zhì)性 98
5.3.3 加載條件 98
5.3.4 溫度影響 98
5.3.5 流體類型 99
5.4 CO2飽和砂巖波速測量Biot有效應(yīng)力系數(shù) 99
5.4.1 試驗方案 99
5.4.2 結(jié)果分析 100
第6章 SC-CO2壓裂裂縫擴展規(guī)律及應(yīng)用 103
6.1 相似原理在CO2壓裂中的應(yīng)用 103
6.1.1 de Pater相似理論方法 103
6.1.2 de Pater相似理論應(yīng)用 107
6.2 SC-CO2壓裂裂縫形態(tài)及影響因素 108
6.2.1 SC-CO2壓裂試驗系統(tǒng) 108
6.2.2 SC-CO2壓裂裂縫擴展影響因素 109
6.3 SC-CO2壓裂裂縫多場耦合機制 128
6.3.1 孔壓和熱應(yīng)力降低有效應(yīng)力及誘導(dǎo)剪切破壞 128
6.3.2 零表面張力降低裂縫擴展的臨界縫內(nèi)凈壓力 134
6.3.3 吸附作用降低裂縫失穩(wěn)擴展的臨界應(yīng)力 135
6.3.4 相變導(dǎo)致的動態(tài)載荷作用增大裂縫復(fù)雜度 136
6.4 SC-CO2壓裂現(xiàn)場案例分析 138
6.4.1 項目概況 138
6.4.2 現(xiàn)場施工參數(shù) 139
6.4.3 產(chǎn)量與埋存能力分析 140
第7章 CO2埋存過程中斷層滑移力學(xué)機理分析 142
7.1 斷層滑移條件 142
7.1.1 強度條件 142
7.1.2 速度摩擦狀態(tài)條件 146
7.1.3 剛度條件 147
7.2 斷層滑移模擬試驗方法 148
7.2.1 試驗方法 148
7.2.2 位移驅(qū)動斷層破壞試驗 148
7.2.3 流體注入驅(qū)動剪切破壞試驗 151
7.3 斷層滑移影響因素 154
7.3.1 斷層性質(zhì) 155
7.3.2 應(yīng)力狀態(tài) 155
7.3.3 儲層溫度 156
7.3.4 流體物理性質(zhì) 157
7.3.5 流體注入方式 158
第8章 CO2埋存流固耦合數(shù)值模擬研究 159
8.1 流固耦合數(shù)學(xué)模型 159
8.1.1 概念模型 159
8.1.2 兩相流控制方程 160
8.1.3 巖石變形控制方程 163
8.1.4 擴散控制方程 164
8.1.5 滲透率模型 165
8.2 蓋層埋存效率影響因素 167
8.2.1 流固耦合模型的驗證 167
8.2.2 數(shù)值模擬幾何模型與參數(shù) 167
8.2.3 擴散系數(shù)的影響 169
8.2.4 各向異性的影響 171
8.3 埋存量評價方法 172
8.3.1 結(jié)構(gòu)埋存量計算 172
8.3.2 殘余埋存量計算 173
8.3.3 溶解埋存量計算173
8.3.4 礦化埋存量計算 173
參考文獻 175