页岩气储层超临界二氧化碳压裂裂缝中支撑剂输送机理研究

页岩气是我国重要的非常规天然气资源。超临界二氧化碳压裂对储层无伤害，能有效保护油气层，成为页岩气储层改造的重要方式。常规的支撑剂输送机理无法满足此种新型压裂工程设计的需要，因此，需要对页岩气储层超临界二氧化碳压裂裂缝中支撑剂的输送机理展开研究。本项目研究超临界二氧化碳物性参数及流变参数随温度和压力变化的规律，得到相关参数随温度和压力变化的计算方法；研究裂缝中支撑剂跟随超临界二氧化碳压裂液运动中的沉降规律，建立描述方程，得到运动中支撑剂的沉降状态判据；考虑非稳态、变质量流、多流场耦合等因素，建立超临界二氧化碳压裂裂缝内支撑剂二维非稳态输送过程的科学描述方程，得到超临界二氧化碳压裂裂缝内支撑剂输送规律。最终，形成完善的页岩气储层超临界二氧化压裂裂缝中支撑剂输送机理理论体系，为页岩气储层超临界二氧化碳压裂施工设计提供理论依据，加快我国页岩气资源高效开发的进程。

揭示了SC-CO2密度及粘度随温度压力的变化规律，建立了适合SC-CO2密度计算的新模型；揭示了SC-CO2物性参数变化对流动摩阻系数的影响规律，建立了适合SC-CO2的摩阻系数计算方法。考虑SC-CO2流动过程中焓的变化、相态变化以及热物性参数变化的基础上，建立了SC-CO2压裂中井筒及裂缝温度场模型，揭示了SC-CO2压裂中井筒及裂缝温度场的变化规律，实现了SC-CO2压裂井筒及裂缝温度场的准确预测。建成了一套多用途可视化SC-CO2携砂流动实验装置，配合高速摄像系统对颗粒的运动过程进行精准测量；进行了不同颗粒密度种不同温压条件下颗粒在SC-CO2中的沉降实验，分析了颗粒沉降规律，提出了适用于不同温度压力条件下，SC-CO2中沉降颗粒的平衡速度预测公式。考虑SC-CO2物性参数及相态的变化、颗粒的运动受力、颗粒与流体间的相互作用等，建立了SC-CO2-支撑剂两相流流动模型，揭示了SC-CO2压裂裂缝内支撑剂的运移规律。. 获得国家能源科技进步一等奖1项，发表论文19篇，SCI收录期刊6篇（第一作者5篇），获得发明专利10项，培养博士3名，硕士2名。