热冲击与压力耦合作用诱发低渗透油气藏多裂纹扩展的基础研究

This project aim to propose a new method to effectively produce multi-fractures in the low permeability oil and gas reservoir. The method is based on idea of fracture initiation and propagation caused by both of thermal shock and pressure. It will studies the multi-crack growth mechanism, the coupling between thermal shock and pressure, the modeling of fracture network, as well as the effects of stress level, the rock properties on the cracks growth processes. By using the SEM, CT, MTS, AE experimental methods and the meso-damage mechanics theory, we will study the mechanism and interaction of multi-cracks in rock under the condition of thermal shock; get the quantitative relationship between the temperature of cryogenic liquid and fracture network; analysis the phase change of cryogenic liquid during the heated process; study the coupling effect between temperature and pressure, and establish the constitutive law based on the coupling between thermal shock and pressure in low permeability oil and gas reservoir. Furthermore, we will also implement the numerical model on the high-performance computing system. By studying the crack initiation, propagation and coalescence process during the coupling between thermal shock and pressure, it will further study the development of fracture network in low permeability oil and gas reservoir subjected to both thermal shock and pressure. Finally, we will study the application of this approach in low permeability oil and gas reservoir.

项目以低渗透油气藏的开采为研究背景，以“低温热冲击与压力耦合作用诱发低渗透油气藏裂纹扩展”为研究思路，围绕岩石热冲击多裂纹扩展、热冲击与压力耦合作用关系、裂缝网络系统模拟，以及应力水平、岩石属性等对热冲击裂纹扩展的影响作用等开展深入研究。运用SEM、CT、MTS、声发射等细宏观实验手段，以及细观损伤力学等理论，研究岩石在低温热冲击作用下的裂纹扩展机理及多裂纹之间的相互作用；获得不同低温液体对岩石热冲击裂纹贯通性的定量描述；分析低温液体在升温过程中的相态变化，以及此过程温度、液体和气体压力之间的耦合作用力学效应；建立热冲击与压力耦合作用的低渗透油气藏岩石裂纹扩展过程研究的力学模型，实现基于高性能计算平台的数值模拟方法。通过大量的数值分析与物理实验，评估热冲击与压力耦合作用对岩石裂隙网络系统的改良程度，以及在低渗透油气藏开采中运用此技术的可行性。

项目以低渗透油气藏的开采为研究背景，以“低温热冲击与压力耦合作用诱发低渗透油气藏裂纹扩展”为研究思路，围绕岩石热冲击多裂纹扩展、热冲击与压力耦合作用关系、裂缝网络系统模拟，以及应力水平、岩石属性等对热冲击裂纹扩展的影响作用等开展了深入研究。取得的主要成果包括：（1） 基于断裂力学方法，提出了基于应变能密度、最大周向应变、周向应力等指标的水力压裂断裂准则，建立了数值模拟研究的理论基础，探讨了水力压裂参数对裂纹扩展的影响作用；（2）探讨了裂纹尖端非奇异应力（T-应力）对岩石裂纹扩展的影响作用，提出了具有普适性的T应力数值解法；（3）运用热弹性理论探讨了低温冲击下岩石中温度应力的演化过程和机理，研究了温度的传导规律和应力的演化特征，并分析了换热系数对降温速率和拉应力增加速率的影响作用；（4）建立了低温冷冲击下岩石裂纹扩展数值模型，探索了热冲击裂纹分级现象的内在力学机理；（5）研究了低温热冲击对不同岩性裂隙网络发育的影响作用，获得不同低温液体对岩石热冲击裂纹贯通性的影响作用；（6）实现基于低温冷冲击下岩石裂纹扩展的高性能计算平台，为低温冲击方法提高低渗透油气藏的渗透性的研究提供了研究工具。该项目共发表论文21篇，其中SCI收录12篇，EI收录19篇，申请发明专利4项，培养博士生2名、硕士生4名。