超临界CO2渗流的流-固-热多场耦合机理研究

作者：白冰; 陈勉^*; 金衍

来源：中国科学:物理学 力学 天文学 , 2023, 53(02): 101-113.

• 页岩
• 超临界CO2
• 流-固-热多场耦合
• 应力分布

页岩地层遇水易发生黏土矿物膨胀、分散等水化现象,导致常规水基钻井液、压裂液作用下易发生井壁失稳或压裂增产效果差等难题.超临界CO2可以有效避免黏土矿物水化和地层物性损伤,基于此,学者们开展了利用超临界CO2开发页岩油气资源的基础研究.超临界CO2的物性随温度、压力变化较大,描述水基流体渗流过程中的多物理场耦合模型不适用于描述超临界CO2渗流.为建立适用于描述超临界CO2开发油气资源过程中的多物理场耦合特征模型,本文在考虑CO2的运移特性和热力学特性的基础上,结合超临界CO2对页岩力学特性影响规律,构建了超临界CO2渗流条件下的流-固-热多场耦合模型,基于有限元数值计算方法研究了超临界CO2渗流条件下的地层温度、孔隙压力和地层应力的时空分布规律,同时与水基钻井液渗流条件下的多物理场进行了对比分析.计算结果表明:在相同时间和井周方位的情况下,相比于水渗流,超临界CO2渗流条件下的地层温度变化更大,孔隙压力更低,最小水平地应力方向的井周应力差更大,最大水平地应力方向的周向应力更小.该研究可为开展超临界CO2钻井的井壁稳定性分析、超临界CO2压裂设计和评价提供理论基础.

• 单位
  中国石油大学（北京）; 油气资源与探测国家重点实验室