納米材料增強(qiáng)頁(yè)巖井壁穩(wěn)定性的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究
發(fā)布時(shí)間:2025-06-10 03:13
頁(yè)巖氣作為重要的非常規(guī)天然氣之一,儲(chǔ)量豐富。頁(yè)巖是典型的低滲透性沉積巖,其井壁穩(wěn)定問(wèn)題始終是國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣(油)勘探開(kāi)發(fā)中的難點(diǎn)和熱點(diǎn),頁(yè)巖氣鉆井過(guò)程中所鉆遇75%以上的地層是頁(yè)巖地層,而由它引起的井眼失穩(wěn)問(wèn)題超過(guò)90%。抑制頁(yè)巖水化和封堵頁(yè)巖納米孔隙,是頁(yè)巖氣水平井能否穩(wěn)定以及頁(yè)巖氣能否高效持續(xù)開(kāi)采的基礎(chǔ)。基于環(huán)保和經(jīng)濟(jì)成本壓力,如果鉆井液和頁(yè)巖之間相互作用可以被最小化,水基鉆井液比油基鉆井液將更具應(yīng)用前景,而使用水基鉆井液同時(shí)不污染環(huán)境的最優(yōu)措施為鹽水基鉆井液。因此鹽溶液對(duì)頁(yè)巖滲透率、膜效率和潤(rùn)濕性的影響規(guī)律需要明確。納米顆粒可以封堵頁(yè)巖裂縫和裂隙已經(jīng)得到了學(xué)界和工業(yè)界的認(rèn)可,然而,納米顆粒在頁(yè)巖孔隙中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律尚未被認(rèn)識(shí)。哪些參數(shù)可以提升納米顆粒在微納米尺度上的封堵效果也并不明確。因此,本文采用實(shí)驗(yàn)測(cè)試、微觀觀測(cè)、理論分析和數(shù)值模擬結(jié)合的方式,利用頁(yè)巖壓力傳遞實(shí)驗(yàn)儀等設(shè)備研究鹽溶液在壓差作用下對(duì)頁(yè)巖物理-化學(xué)滲流性能以及表面性能的影響,評(píng)價(jià)工程實(shí)際條件下鹽水基溶液對(duì)頁(yè)巖滲透率、膜效率和潤(rùn)濕性的影響,為設(shè)計(jì)維持頁(yè)巖氣水平井井壁穩(wěn)定性的鹽水基鉆井液提供基礎(chǔ)。進(jìn)一步地,提供一種數(shù)值模擬模型...
【文章頁(yè)數(shù)】:143 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【文章目錄】:
作者簡(jiǎn)歷
摘要
abstract
符號(hào)說(shuō)明
第一章 緒論
1.1 課題背景與研究意義
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1 頁(yè)巖特征和龍馬溪組頁(yè)巖綜述
1.2.2 頁(yè)巖井壁穩(wěn)定性研究
1.2.3 鉆井液化學(xué)抑制維持井壁穩(wěn)定性
1.2.4 納米材料物理封堵維持井壁穩(wěn)定性
1.3 研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線
1.3.1 研究目標(biāo)
1.3.2 研究?jī)?nèi)容
1.3.3 需解決的科學(xué)問(wèn)題
1.3.4 技術(shù)路線
第二章 頁(yè)巖物化特征和納米材料封堵性能評(píng)價(jià)
2.1 頁(yè)巖采集信息和特性
2.1.1 龍馬溪組頁(yè)巖礦物成分分析
2.1.2 秀山龍馬溪組頁(yè)巖形貌分析
2.2 納米材料的篩選和封堵測(cè)試評(píng)價(jià)
2.2.1 納米材料篩選
2.2.2 納米材料封堵頁(yè)巖孔隙評(píng)價(jià)
2.3 本章小結(jié)
第三章 納米材料封堵頁(yè)巖孔隙的數(shù)值模擬
3.1 顆粒封堵和堆積理論基礎(chǔ)
3.1.1 DEM方法簡(jiǎn)介
3.1.2 顆粒碰撞模型
3.1.3 顆粒之間非接觸力模型
3.1.4 粒子-流體相互作用力模型
3.1.5 顆粒在流體中流動(dòng)模型
3.2 納米材料封堵模擬簡(jiǎn)介
3.3 顆粒堆積模型及其參數(shù)設(shè)置
3.3.1 流體及顆粒運(yùn)動(dòng)本構(gòu)模型
3.3.2 顆粒堆積模型
3.3.3 模型尺寸、物理特性、網(wǎng)格及碰撞屬性
3.4 頁(yè)巖孔隙封堵效率的敏感性分析
3.4.1 重力對(duì)顆粒封堵孔隙的影響
3.4.2 顆粒拖拽力對(duì)封堵孔隙效率的影響及其UDF模型
3.4.3 顆粒與出口尺寸比率對(duì)封堵效率的影響
3.4.4 顆粒入口速度對(duì)封堵效率的影響
3.4.5 顆粒濃度對(duì)封堵效率的影響
3.4.6 顆粒釋放模型對(duì)封堵效率的影響
3.4.7 顆粒密度對(duì)封堵效率的影響
3.4.8 顆粒旋轉(zhuǎn)對(duì)封堵效率的影響
3.4.9 顆粒形狀對(duì)封堵效率的影響
3.4.10 顆粒和孔隙粗糙度對(duì)封堵效率的影響
3.4.11 孔隙曲折度對(duì)模型效率的影響
3.5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
3.5.1 納米顆粒濃度實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
3.5.2 納米顆粒尺寸實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
3.5.3 SEM測(cè)試
3.6 本章小結(jié)
第四章 鹽溶液對(duì)龍馬溪組頁(yè)巖物理性能影響機(jī)理
4.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器
4.2 鹽溶液對(duì)人工頁(yè)巖滲流過(guò)程的影響規(guī)律
4.2.1 滲流過(guò)程測(cè)試?yán)碚摶A(chǔ)
4.2.2 滲流過(guò)程實(shí)驗(yàn)程序及方法
4.2.3 人工頁(yè)巖滲流過(guò)程數(shù)據(jù)分析
4.3 鹽溶液對(duì)龍馬溪組頁(yè)巖滲流過(guò)程的影響規(guī)律
4.3.1 滲流過(guò)程實(shí)驗(yàn)結(jié)果
4.3.2 龍馬溪組頁(yè)巖滲流過(guò)程數(shù)據(jù)分析
4.4 鹽溶液對(duì)龍馬溪組頁(yè)巖膜效率的影響規(guī)律
4.4.1 測(cè)試原理
4.4.2 實(shí)驗(yàn)程序及方法
4.4.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
4.4.4 膜效率數(shù)據(jù)分析
4.5 鹽溶液對(duì)龍馬溪組頁(yè)巖接觸角的影響規(guī)律
4.5.1 實(shí)驗(yàn)方法
4.5.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
4.5.3 接觸角數(shù)據(jù)分析
4.6 本章小結(jié)
第五章 基于納米顆粒的鹽水基鉆井液增強(qiáng)頁(yè)巖井壁穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)研究
5.1 實(shí)驗(yàn)方法
5.1.1 基于納米材料物理封堵和鹽溶液化學(xué)抑制的協(xié)同方法
5.1.2 實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)儀器和評(píng)價(jià)方法
5.2 基于納米顆粒的鹽水基鉆井液體系實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
5.2.1 高性能鹽水基鉆井液體系配方
5.2.2 基礎(chǔ)性能測(cè)試
5.2.3 水活度及潤(rùn)滑性測(cè)試
5.2.4 流體流型分析
5.2.5 頁(yè)巖抑制性評(píng)價(jià)
5.2.6 潤(rùn)濕性測(cè)試
5.2.7 環(huán)保性評(píng)價(jià)
5.2.8 頁(yè)巖井壁穩(wěn)定性評(píng)價(jià)
5.3 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
6.1 結(jié)論與創(chuàng)新點(diǎn)
6.1.1 結(jié)論
6.1.2 創(chuàng)新點(diǎn)
6.2 論文不足
6.3 進(jìn)一步研究思路
致謝
參考文獻(xiàn)
本文編號(hào):4050226
【文章頁(yè)數(shù)】:143 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【文章目錄】:
作者簡(jiǎn)歷
摘要
abstract
符號(hào)說(shuō)明
第一章 緒論
1.1 課題背景與研究意義
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1 頁(yè)巖特征和龍馬溪組頁(yè)巖綜述
1.2.2 頁(yè)巖井壁穩(wěn)定性研究
1.2.3 鉆井液化學(xué)抑制維持井壁穩(wěn)定性
1.2.4 納米材料物理封堵維持井壁穩(wěn)定性
1.3 研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線
1.3.1 研究目標(biāo)
1.3.2 研究?jī)?nèi)容
1.3.3 需解決的科學(xué)問(wèn)題
1.3.4 技術(shù)路線
第二章 頁(yè)巖物化特征和納米材料封堵性能評(píng)價(jià)
2.1 頁(yè)巖采集信息和特性
2.1.1 龍馬溪組頁(yè)巖礦物成分分析
2.1.2 秀山龍馬溪組頁(yè)巖形貌分析
2.2 納米材料的篩選和封堵測(cè)試評(píng)價(jià)
2.2.1 納米材料篩選
2.2.2 納米材料封堵頁(yè)巖孔隙評(píng)價(jià)
2.3 本章小結(jié)
第三章 納米材料封堵頁(yè)巖孔隙的數(shù)值模擬
3.1 顆粒封堵和堆積理論基礎(chǔ)
3.1.1 DEM方法簡(jiǎn)介
3.1.2 顆粒碰撞模型
3.1.3 顆粒之間非接觸力模型
3.1.4 粒子-流體相互作用力模型
3.1.5 顆粒在流體中流動(dòng)模型
3.2 納米材料封堵模擬簡(jiǎn)介
3.3 顆粒堆積模型及其參數(shù)設(shè)置
3.3.1 流體及顆粒運(yùn)動(dòng)本構(gòu)模型
3.3.2 顆粒堆積模型
3.3.3 模型尺寸、物理特性、網(wǎng)格及碰撞屬性
3.4 頁(yè)巖孔隙封堵效率的敏感性分析
3.4.1 重力對(duì)顆粒封堵孔隙的影響
3.4.2 顆粒拖拽力對(duì)封堵孔隙效率的影響及其UDF模型
3.4.3 顆粒與出口尺寸比率對(duì)封堵效率的影響
3.4.4 顆粒入口速度對(duì)封堵效率的影響
3.4.5 顆粒濃度對(duì)封堵效率的影響
3.4.6 顆粒釋放模型對(duì)封堵效率的影響
3.4.7 顆粒密度對(duì)封堵效率的影響
3.4.8 顆粒旋轉(zhuǎn)對(duì)封堵效率的影響
3.4.9 顆粒形狀對(duì)封堵效率的影響
3.4.10 顆粒和孔隙粗糙度對(duì)封堵效率的影響
3.4.11 孔隙曲折度對(duì)模型效率的影響
3.5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
3.5.1 納米顆粒濃度實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
3.5.2 納米顆粒尺寸實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
3.5.3 SEM測(cè)試
3.6 本章小結(jié)
第四章 鹽溶液對(duì)龍馬溪組頁(yè)巖物理性能影響機(jī)理
4.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器
4.2 鹽溶液對(duì)人工頁(yè)巖滲流過(guò)程的影響規(guī)律
4.2.1 滲流過(guò)程測(cè)試?yán)碚摶A(chǔ)
4.2.2 滲流過(guò)程實(shí)驗(yàn)程序及方法
4.2.3 人工頁(yè)巖滲流過(guò)程數(shù)據(jù)分析
4.3 鹽溶液對(duì)龍馬溪組頁(yè)巖滲流過(guò)程的影響規(guī)律
4.3.1 滲流過(guò)程實(shí)驗(yàn)結(jié)果
4.3.2 龍馬溪組頁(yè)巖滲流過(guò)程數(shù)據(jù)分析
4.4 鹽溶液對(duì)龍馬溪組頁(yè)巖膜效率的影響規(guī)律
4.4.1 測(cè)試原理
4.4.2 實(shí)驗(yàn)程序及方法
4.4.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
4.4.4 膜效率數(shù)據(jù)分析
4.5 鹽溶液對(duì)龍馬溪組頁(yè)巖接觸角的影響規(guī)律
4.5.1 實(shí)驗(yàn)方法
4.5.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
4.5.3 接觸角數(shù)據(jù)分析
4.6 本章小結(jié)
第五章 基于納米顆粒的鹽水基鉆井液增強(qiáng)頁(yè)巖井壁穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)研究
5.1 實(shí)驗(yàn)方法
5.1.1 基于納米材料物理封堵和鹽溶液化學(xué)抑制的協(xié)同方法
5.1.2 實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)儀器和評(píng)價(jià)方法
5.2 基于納米顆粒的鹽水基鉆井液體系實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
5.2.1 高性能鹽水基鉆井液體系配方
5.2.2 基礎(chǔ)性能測(cè)試
5.2.3 水活度及潤(rùn)滑性測(cè)試
5.2.4 流體流型分析
5.2.5 頁(yè)巖抑制性評(píng)價(jià)
5.2.6 潤(rùn)濕性測(cè)試
5.2.7 環(huán)保性評(píng)價(jià)
5.2.8 頁(yè)巖井壁穩(wěn)定性評(píng)價(jià)
5.3 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
6.1 結(jié)論與創(chuàng)新點(diǎn)
6.1.1 結(jié)論
6.1.2 創(chuàng)新點(diǎn)
6.2 論文不足
6.3 進(jìn)一步研究思路
致謝
參考文獻(xiàn)
本文編號(hào):4050226
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