储层岩石热损伤数值模拟研究

来源 :中国石油大学(华东 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xinmo2009
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在油气生产过程中,不同温度的各种工作液与储层接触,由于热力影响导致储层渗流性质发生改变。国内外大量实验显示,储层岩石经历热力作用后其内部将产生大量热力诱导裂缝,形成微裂缝网络极大地提高其渗透率流动性能,这对于储层改造具有重要意义。本文以岩石经历热力作用引起其内部裂缝形成和裂缝扩展为研究对象,建立了考虑强度、弹性模量和热膨胀系数随温度变化的热-固耦合模型,采用颗粒流离散元方法进行求解。在此基础上,研究了颗粒大小、初始孔隙度(渗透率)、热作用加热速率、热作用持续时间、初始裂缝、矿物组成比例和冷却速率对热力诱导裂缝的影响。数值模拟研究结果表明:热力诱导微裂缝最先出现在热膨胀系数差异最大的两种矿物之间,形成晶间裂缝;随着温度的继续增加,晶间裂缝继续萌生、扩展,并伴随有穿晶裂缝的形成;整体热作用的效果好于端部热作用;大孔隙度的岩石在热应力作用下,其内部的孔隙结构具有抑制微裂缝形成的作用,产生的裂缝网络较小;在较小加热速率情况下,岩石热力诱导裂缝主要受颗粒间热膨胀系数差异的影响;在较大加热速率情况下,岩石热力诱导裂缝主要受温度梯度的影响;随着热作用持续时间的增加,在原有裂缝的基础上将发生“二次破坏”,使已形成的裂缝网络进一步发育;初始裂缝的尖端容易出现“应力集中”的现象,萌生新的微裂缝并在初始裂缝的方向上继续扩展、延伸;在较高的冷却速率作用下,岩石内部易诱发更大的热应力,岩石热力诱导裂缝的效果更好;最后,提出了一种在水力压裂裂缝中进行热处理的方法,并对该方法的可行性进行了探讨,以期为实际工程应用提供参考。
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