习近平总书记在视察唐山时的重要讲话:我国是世界上自然灾害最为严重的国家之一,灾害种类多,分布地域广,发生频率高,造成损失重,这是一个基本国情。新中国成立以来特别是改革开放以来,我们不断探索,确立了以防为主、防抗救相结合的工作方针,国家综合防灾减灾救灾能力得到全面提升。要总结经验,进一步增强忧患意识、责任意识,坚持以防为主、防抗救相结合,坚持常态减灾和非常态救灾相统一,努力实现从注重灾后救助向注重灾前预防转变,从应对单一灾种向综合减灾转变,从减少灾害损失向减轻灾害风险转变,全面提升全社会抵御自然灾害的综合防范能力。防灾减灾救灾事关人民生命财产安全,事关社会和谐稳定,是衡量执政党领导力、检验政府执行力、评判国家动员力、体现民族凝聚力的一个重要方面。当前和今后一个时期,要着力从加强组织领导、健全体制、完善法律法规、推进重大防灾减灾工程建设、加强灾害监测预警和风险防范能力建设、提高城市建筑和基础设施抗灾能力、提高农村住房设防水平和抗灾能力、加大灾害管理培训力度、建立防灾减灾救灾宣传教育长效机制、引导社会力量有序参与等方面进行努力。

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CSES:基于水力压裂实验的龙马溪组页岩各向异性特征研究

发布时间:2021-09-22

  
  随着页岩油气勘探开发的发展,页岩的岩石力学物性越来越受到学术和工程领域的关注。根据前人的研究,我们发现地层的构造应力状态,粘土矿物含量,裂缝分布特征,水-岩物理化学反应等因素共同影响着页岩的岩石物性和各向异性特征。对于龙马溪组页岩,前人的研究主要集中在矿物组分、有机质含量、裂缝分布特征以及应力加载方向对于岩石物性和各向异性特征的影响,而相关的压裂液沉浸实验研究仍显不足。此外,不同的应力加载模式也会影响龙马溪组页岩内部微裂缝的开合和压裂流体在裂缝网络中的运移,从而改变页岩样品中水-岩物理化学反应效率,使其对应纵横波速度与岩石力学参数发生变化。因此,设计龙马溪组页岩的水力压裂岩石物理实验,评估不同应力加载条件下高压流体对龙马溪组页岩纵横波速度、岩石力学参数以及各向异性特征的影响十分必要。

  水力压裂储层改造技术是页岩气开发的关键技术手段。大量高压流体注入页岩储层会显著改变岩石的纵横波速度、岩石力学参数及其各向异性特征。本研究中,我们在伪三轴应力加载条件下对龙马溪组页岩开展了差异化的水力压裂岩石物理实验,对比了应力加载方式和水-岩物理化学反应对于页岩纵横波速度和岩石力学参数的影响。实验结果表明,对于干燥页岩样品,各向同性应力加载可以增大其纵横波速度和杨氏模量,并减弱对应的各向异性特征,而差应力加载可以提高杨氏模量的各向异性特征,并使页岩垂直沉积层理方向上的抗压强度下降速率加快。另一方面,水力压裂引发的水-岩物理化学反应能够“软化”页岩样品,降低其杨氏模量。这一“软化”作用对页岩纵横波速度的影响较小,而使Thomsen参数、杨氏模量和泊松比的各向异性特征显著下降。此外,页岩样品泊松比之间的负线性关系也由于压裂流体对页岩的“软化”作用失去了对于应力加载的敏感性。

 

1 杨氏模量与泊松比各向异性特征在各向同性应力和差应力加载过程中的变化


 
  总的来说,水力压裂作用和水
-岩物理化学反应对龙马溪组页岩的岩石力学参数、Thomsen参数、杨氏模量和泊松比的各向异性特征产生了不同程度的影响,同时减弱了这些参数对应力加载的敏感性。这一新的认识表明野外非常规页岩储层水力压裂完成后,其地层岩石力学特性仍处于一个动态演化过程中,这将给非常规页岩气储层的多井压裂施工及其随后的压裂液反排等工程带来挑战。此外,本文的研究结果还为龙马溪组页岩岩石力学性质研究提供良好的借鉴,为非常规页岩气开发的工程施工提供理论和岩石实验数据支持。

 

研究成果分别发表于《中国科学:地球科学》、《Science China-Earth Science》。研究受“国家自然科学基金项目(4170414041974156)和国家十三五重大专项(2017ZX05049002)”资助。

 

【文献引用】

Bai, J., Kang, Y., Chen, Z., You, L., Chen, M., Li, X. 2020. Changes in retained fracturing fluid properties and their effect on shale mechanical properties. J Nat Gas Sci Eng, 75, 103163. doi:https://doi.org/10.1016/j.jngse.2020.103163

Zhou, T., Zhang, S., Yang, L., Ma, X., Zou, Y., Lin, H. 2016. Experimental investigation on fracture surface strength softening induced by fracturing fluid imbibition and its impacts on flow conductivity in shale reservoirs. J Nat Gas Sci Eng, 36, 893-905. doi:https://doi.org/10.1016/j.jngse.2016.10.036

 

【个人简介】

翟鸿宇、副研究员,固体地球物理学博士,毕业于中国科学院地质与地球物理研究所。研究方向为水力压裂诱发微地震监测与岩石物理实验。博士后期间曾前往日本地球环境产业技术研究机构与日本地质综合调查中心(AIST)开展水力压裂岩石物理实验与CO2地质封存技术交流合作研究。先后主持承担了国家自然科学基金青年基金项目、中国博士后科学基金面上项目和中石化地球物理重点实验室开放基金,参与了国家自然科学基金重大、重点与面上项目,中科院前沿科学重点项目和日本经济产业省CCS研发与示范项目。共发表SCI文章12篇,其中一作文章5篇。