超临界CO2压裂井筒及裂缝非稳态温压场计算模型

超临界二氧化碳(SC-CO2)无水压裂技术是一种潜在的经济有效的压裂新方法，可以缓解水敏性和油层污染等问题。 此外，它减少了排放，这是一个正在广泛研究的优点。 在SC-CO2压裂中，压裂泵注入参数、压裂液物性变化、裂缝几何尺寸等因素影响着温度压力场。 在实验回归的基础上，得到了裂缝中SC-CO2摩擦系数的计算公式。 考虑SC-CO2的物理特性、压裂液内能和流动功的变化以及滤失和压裂特性，建立了SC-CO2在井筒和裂缝中的非稳态温度-压力场模型。 该模型适用于任何已知的裂缝几何形状。 对于井筒内的固定位置，随着压裂时间的增加，压裂液温度迅速下降，压力逐渐升高； 对于裂缝中的固定位置，压裂液的温度逐渐下降，压力逐渐增大。 压裂液与滤失区的温差从裂缝口到末端逐渐减小。 随着压裂时间和压裂液流量的增加，SC-CO2流体的岩石冷却距离随压裂时间和压裂液流量的增加而增加。 将井筒和裂缝中的非稳态温度-压力场模型与SC-CO2压裂相结合，为SC-CO2压裂裂缝的相态控制和水力参数设计提供了理论指导。

超临界二氧化碳与花岗岩裂隙壁传热特性的数值研究

摘要内容

建立了研究超临界二氧化碳(SC-CO2)流动和传热特性的二维数值模型。 计算了SC-CO2在花岗岩直缝中的流动和传热特性，结果与实验结果吻合较好。 此外，利用该模型还研究了SC-CO2与粗糙花岗岩裂隙间的传热特性。 试件外围压温度为200°C，SC-CO2压力为8 MPa。 设计了四个不同的案例研究，流速分别为0.75、0.51、0.35和0.13kg·h-1。 用整体换热系数和局部换热系数(OHTC，LHTC)来表征这些情况下的换热特性。 在此基础上，研究了流量、断裂粗糙度和CO2相态对CO2传热特性的影响。 结果表明，增加粗糙度或流量可以改善SC-CO2的传热性能。 在相同的断口面积上，断口壁的温度始终高于SC-CO2； 与水的行为非常相似，SC-CO2的OHTC随注入流量的增加而增加。 裂缝的表面形貌显著影响SC-CO2的LHTC分布，裂缝的LHTC与裂缝的局部波纹度大致呈负相关。 这在骨折面凹陷处表现得尤为明显，与突出处相比，凹陷处的LHTCs明显较大。 发现CO2的传热特性与其相态密切相关。 CO2在密度较大的相中表现出较好的传热性能。

页岩超临界CO2复合压裂在裂缝几何形状、复杂性和宽度上的优势

摘要内容

​​超临界二氧化碳(SC-CO2)压裂在页岩气开发中具有很大的前景，但支撑剂携载能力差阻碍了其有效应用。 本文提出了SC-CO2复合压裂方法，该方法以SC-CO2为垫层液，形成复杂的裂缝网络，以瓜尔胶液为载体液，对裂缝进行支撑和延伸。 设计了相关的三轴SC-CO2复合压裂实验，并与SC-CO2压裂和瓜尔胶压裂进行了对比。 结果表明，SC-CO2压裂的破裂压力比瓜尔胶压裂的破裂压力平均低20.24%。 SC-CO2压裂和SC-CO2复合压裂均比Guar胶压裂产生更复杂的裂缝几何形态，尤其是在垂直层理面的SC-CO2复合压裂形成复杂的三维裂缝网络的试件中。 提出了一个无量纲指数Fc来定量评价诱发裂缝的复杂性。 结果表明，SC-CO2复合压裂的裂缝复杂度平均比SC-CO2压裂高20.64%，说明瓜尔胶压裂可以扩大SC-CO2致裂裂缝。 数码显微镜观察发现，SC-CO2复合压裂的裂缝宽度小于0.01mm，而SC-CO2复合压裂的裂缝宽度为0.04～0.12mm，说明瓜尔胶压裂阶段裂缝宽度可增加约一个数量级。 结果证明了复合压裂技术的可行性，对页岩气开发具有重要意义。

超临界CO2压裂井筒及裂缝非稳态温压场计算模型

超临界二氧化碳(SC-CO2)无水压裂技术是一种潜在的经济有效的压裂新方法，可以缓解水敏性和油层污染等问题。 此外，它减少了排放，这是一个正在广泛研究的优点。 在SC-CO2压裂中，压裂泵注入参数、压裂液物性变化、裂缝几何尺寸等因素影响着温度压力场。 在实验回归的基础上，得到了裂缝中SC-CO2摩擦系数的计算公式。 考虑SC-CO2的物理特性、压裂液内能和流动功的变化以及滤失和压裂特性，建立了SC-CO2在井筒和裂缝中的非稳态温度-压力场模型。 该模型适用于任何已知的裂缝几何形状。 对于井筒内的固定位置，随着压裂时间的增加，压裂液温度迅速下降，压力逐渐升高； 对于裂缝中的固定位置，压裂液的温度逐渐下降，压力逐渐增大。 压裂液与滤失区的温差从裂缝口到末端逐渐减小。 随着压裂时间和压裂液流量的增加，SC-CO2流体的岩石冷却距离随压裂时间和压裂液流量的增加而增加。 将井筒和裂缝中的非稳态温度-压力场模型与SC-CO2压裂相结合，为SC-CO2压裂裂缝的相态控制和水力参数设计提供了理论指导。

超临界二氧化碳与花岗岩裂隙壁传热特性的数值研究

摘要内容

建立了研究超临界二氧化碳(SC-CO2)流动和传热特性的二维数值模型。 计算了SC-CO2在花岗岩直缝中的流动和传热特性，结果与实验结果吻合较好。 此外，利用该模型还研究了SC-CO2与粗糙花岗岩裂隙间的传热特性。 试件外围压温度为200°C，SC-CO2压力为8 MPa。 设计了四个不同的案例研究，流速分别为0.75、0.51、0.35和0.13kg·h-1。 用整体换热系数和局部换热系数(OHTC，LHTC)来表征这些情况下的换热特性。 在此基础上，研究了流量、断裂粗糙度和CO2相态对CO2传热特性的影响。 结果表明，增加粗糙度或流量可以改善SC-CO2的传热性能。 在相同的断口面积上，断口壁的温度始终高于SC-CO2； 与水的行为非常相似，SC-CO2的OHTC随注入流量的增加而增加。 裂缝的表面形貌显著影响SC-CO2的LHTC分布，裂缝的LHTC与裂缝的局部波纹度大致呈负相关。 这在骨折面凹陷处表现得尤为明显，与突出处相比，凹陷处的LHTCs明显较大。 发现CO2的传热特性与其相态密切相关。 CO2在密度较大的相中表现出较好的传热性能。

页岩超临界CO2复合压裂在裂缝几何形状、复杂性和宽度上的优势

摘要内容

​​超临界二氧化碳(SC-CO2)压裂在页岩气开发中具有很大的前景，但支撑剂携载能力差阻碍了其有效应用。 本文提出了SC-CO2复合压裂方法，该方法以SC-CO2为垫层液，形成复杂的裂缝网络，以瓜尔胶液为载体液，对裂缝进行支撑和延伸。 设计了相关的三轴SC-CO2复合压裂实验，并与SC-CO2压裂和瓜尔胶压裂进行了对比。 结果表明，SC-CO2压裂的破裂压力比瓜尔胶压裂的破裂压力平均低20.24%。 SC-CO2压裂和SC-CO2复合压裂均比Guar胶压裂产生更复杂的裂缝几何形态，尤其是在垂直层理面的SC-CO2复合压裂形成复杂的三维裂缝网络的试件中。 提出了一个无量纲指数Fc来定量评价诱发裂缝的复杂性。 结果表明，SC-CO2复合压裂的裂缝复杂度平均比SC-CO2压裂高20.64%，说明瓜尔胶压裂可以扩大SC-CO2致裂裂缝。 数码显微镜观察发现，SC-CO2复合压裂的裂缝宽度小于0.01mm，而SC-CO2复合压裂的裂缝宽度为0.04～0.12mm，说明瓜尔胶压裂阶段裂缝宽度可增加约一个数量级。 结果证明了复合压裂技术的可行性，对页岩气开发具有重要意义。