油页岩原位热解数值模拟研究
原位热解是深层油页岩开采的重要方法，由于加热范围等的限制，无法大规模开采,目前多以实验研究为主。为了揭示原位热解过程中热解、流动、岩石形变等多重作用的协同关系，增强地面可控性，促进矿藏大规模开发试验，进行油页岩原位热解数值模拟研究具有十分重要的意义。 本文首先分析了油页岩热解过程涉及到的多物理-化学场，选择合适的数学模型和参数进行数值模拟研究;然后建立二维热-流-化三场耦合模型，对温度、压力及热解产物进行分析，划分了油页岩的热解过程，探究了油页岩的热解机理，并分析了不同加热温度对油相、气相产量和产物速率的影响;最后加入固体力学场，建立了考虑孔、渗变化的热-流-固-化四场耦合模型，重点研究了热解过程中温度场、压力场、孔隙度、渗透率和应力应变场的变化规律，以及地层深度对油页岩热解开采的作用，形成了多场耦合理论基础。 研究结果表明:在油页岩热解过程中主体反应不是一直不变的，由干酪根热解反应逐渐向油相热解转变;根据主体热解反应以及产物平均浓度，将油页岩热解过程划分为干酪根热解、干酪根及油相热解、油相热解、轻油热解四个阶段，其中干酪根热解阶段产油量最高;油页岩热解过程中，所有热解产物的迁移首先以扩散为主，随后逐渐向对流转变;在同一加热温度下，初始温度、压力越高，油相和烃类气体产量越大;热解过程中产气速率远高于产油速率，两者相差3倍左右;油页岩开采的储层结构变化主要受化学反应、流体渗流和传热共同影响;热解过程中岩石的总应变以热应变为主。研究成果进一步完善了油页岩原位热解开采理论，为矿场工程实践提供了依据。
油页岩;原位热解;数值模拟;多场耦合;机理研究
西安石油大学
硕士
油气田开发工程
蒋海岩
2023
中文
TD83
2023-08-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）