1 緒論 7
1.1 國內(nèi)頁巖氣開發(fā)的難點 7
1.2 關(guān)鍵技術(shù)問題 8
1.2.1 CO2干法壓裂液配方的改良 8
1.2.2 井筒溫度壓力分布 13
1.2.3 縫網(wǎng)形成機理及壓裂模擬 14
1.2.4 頁巖吸附CH4/CO2特性 16
2 頁巖儲層特征分析 20
2.1 實驗樣品采集 20
2.2 頁巖礦物組成分析 20
2.2.1 實驗設(shè)備和測試方法 21
2.2.2 實驗結(jié)果與分析 21
2.3 掃描電鏡分析 24
2.3.1 實驗設(shè)備和測試方法 24
2.3.2 實驗結(jié)果與分析 24
2.4 比表面及孔徑測試 29
2.4.1 實驗設(shè)備和測試方法 29
2.4.2 實驗結(jié)果與分析 29
2.5 頁巖巖石力學分析 33
2.5.1 實驗設(shè)備和測試方法 33
2.5.2 實驗結(jié)果與分析 33
2.6 頁巖氣藏的溫度和壓力 36
3 頁巖吸附CH4和CO2實驗研究 37
3.1 實驗方法及原理 37
3.1.1 實驗樣品及材料 37
3.1.2 實驗裝置 38
3.1.3 實驗流程 39
3.1.4 絕對吸附量與過剩吸附量 40
3.1.5 吸附熱力學 41
3.2 實驗結(jié)果 42
3.2.1 單組分CH4和CO2氣體吸附 42
3.2.2 二元氣體吸附 46
3.3 影響因素分析及討論 52
3.3.1 礦物組成對單組分吸附的影響 52
3.3.2 孔隙結(jié)構(gòu)的影響 53
3.3.3 選擇性吸附 55
3.3.4 吸附熱力學 56
4 改良的CO2干法壓裂液性能評價 59
4.1 改良的CO2干法壓裂液流變特性研究 59
4.1.1 實驗系統(tǒng)及原理 59
4.1.2 實驗結(jié)果及分析 64
4.2 摩擦阻力特性研究 74
4.2.1 實驗系統(tǒng)及原理 74
4.2.2 實驗結(jié)果及分析 75
4.3 攜砂特性研究 79
4.3.1 實驗系統(tǒng)及原理 79
4.3.2 實驗結(jié)果及分析 81
4.4 濾失傷害特性 86
4.4.1 實驗系統(tǒng)及方法 86
4.4.2 實驗結(jié)果及分析 88
5 壓裂井筒溫度壓力分布研究 92
5.1 井筒非穩(wěn)態(tài)溫度壓力耦合模型 92
5.1.1 基本假設(shè) 92
5.1.2 單元體劃分 93
5.1.3 傳熱模型 94
5.1.4 壓降模型 96
5.1.5 相關(guān)參數(shù)計算 97
5.2 模型求解方法 98
5.2.1 模型差分離散 98
5.2.2 編程求解方法 98
5.3 模型計算結(jié)果及分析 98
5.3.1 井筒溫度壓力分布 99
5.3.2 注入壓力對井底溫度和壓力的影響 101
5.3.3 注入溫度的影響 102
5.3.4 地溫梯度的影響 102
5.3.5 油管尺寸的影響 103
5.3.6 注入排量的影響 104
5.3.7 巖性的影響 105
5.3.8 純CO2與改良的CO2干法壓裂液對比分析 105
5.3.9 極限深度的確定 106
6 頁巖氣藏干法壓裂裂縫網(wǎng)絡形成機制 108
6.1 頁巖裂縫網(wǎng)絡的形成機制 108
6.1.1 裂縫網(wǎng)絡模型 109
6.1.2 裂縫端部應力強度因子 110
6.1.3 縫內(nèi)壓力分布 111
6.1.4 臨界壓力及臨界排量 112
6.1.5 影響因素分析 112
6.2 頁巖天然裂縫的滑移機制 117
6.2.1 天然裂縫產(chǎn)狀的影響 118
6.2.2 彈性模量和泊松比的影響 119
6.2.3 裂縫長度的影響 120
6.2.4 地應力差的影響 121
7 頁巖氣藏干法體積壓裂模擬 123
7.1 體積壓裂離散化縫網(wǎng)模型（DFN） 123
7.1.1 DFN模型基本假設(shè) 123
7.1.2 DFN模型的主要方程 124
7.1.3 DFN裂縫網(wǎng)格數(shù)目 127
7.1.4 DFN改造儲層體積 127
7.2 頁巖儲層性質(zhì)對體積壓裂的影響機制 128
7.2.1 水平地應力差的影響 131
7.2.2 頁巖彈性模量的影響 133
7.2.3 泊松比的影響 134
7.2.4 次生裂縫縫間距的影響 136
7.2.5 頁巖儲層體積壓裂層段的優(yōu)選 137
7.3 體積壓裂工藝參數(shù)優(yōu)化 137
7.3.1 壓裂模擬 138
7.3.2 排量優(yōu)化 139
7.3.3 前置液比例優(yōu)化 140
7.3.4 壓裂液總量優(yōu)化 141
7.3.5 砂比優(yōu)化 142
參考文獻 143
附 錄 誤差及不確定度分析 127