非常规储层CO2压裂及埋存岩石力学基础

本书是以CO2流体作用下的岩石为主要研究对象，涉及温度-流体-应力-化学-多场耦合作用下岩石微观结构及物性、岩石力学性质研究成果的总结，重点围绕CO2作用下储层岩石黏弹塑性力学性质、孔隙弹性性质、断裂力学性质、裂缝扩展特征、断层滑移特征、CO2埋存特征展开，揭示储层条件下CO2流体-岩石多场耦合作用机理，提出CO2影响岩石力学性质的作用机制，为CO2压裂及埋存技术应用提供了岩石力学方面的基础认识。

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 CO2相态及物理化学性质 1
1.1.1 CO2的物理化学性质 1
1.1.2 CO2-水混相特征 4
1.2 CO2压裂技术发展现状 5
1.2.1 CO2压裂技术分类 5
1.2.2 CO2压裂现场应用概况 9
1.3 CO2压裂及埋存机理研究概况 12
1.3.1 CO2压裂机理简介 12
1.3.2 CO2埋存机理简介 13
第2章 岩石孔隙尺度CO2渗流机理 16
2.1 CO2在地下岩石中的渗流 16
2.1.1 多孔介质单相流 16
2.1.2 多孔介质两相流 17
2.2 孔隙尺度研究方法 21
2.2.1 微观孔隙结构表征 22
2.2.2 孔隙尺度数值模拟方法 24
2.3 CO2渗流-埋存微观规律 31
2.3.1 多孔介质微观驱替模式 31
2.3.2 多孔介质微观渗吸规律 32
2.3.3 残余捕集影响因素 33
2.3.4 毛细管压力曲线影响因素 35
2.3.5 相对渗透率影响因素 36
第3章 CO2-水-岩反应对岩石微观结构与物性的影响 38
3.1 CO2-水-岩反应理论 38
3.1.1 CO2-水-岩反应式 38
3.1.2 化学反应速率理论 40
3.1.3 表面润湿性变化 44
3.2 CO2-水-岩反应对页岩微观结构特征的影响 45
3.2.1 页岩表面特征 45
3.2.2 页岩有机质 48
3.2.3 孔隙分布特征与孔隙度 50
3.3 CO2对岩石渗透性的影响 54
3.3.1 渗透性增强 54
3.3.2 渗透性减弱 55
第4章 CO2作用下岩石的黏弹塑性力学性质 58
4.1 弹塑性力学性质 58
4.1.1 弹塑性参数 58
4.1.2 剪切-断裂破坏准则 60
4.2 页岩脆性蠕变机制及模型 66
4.2.1 脆性蠕变机制及流体影响 66
4.2.2 脆性蠕变模型 69
4.2.3 CO2作用下页岩的蠕变特征 73
4.3 微观力学性质 78
4.3.1 纳米压痕试验原理及方法 78
4.3.2 纳米压痕技术在页岩力学研究中的应用 80
4.4 影响因素分析 81
4.4.1 矿物组分、孔隙度、各向异性影响 81
4.4.2 围压影响 83
4.4.3 温度影响 84
4.4.4 加载速率影响 85
4.4.5 孔隙流体影响 86
第5章 CO2压裂及埋存孔隙弹性力学性质 87
5.1 三维固结条件下Biot理论 87
5.1.1 各向同性弹性孔隙介质应变-应力-流体含量-流体压力的关系 87
5.1.2 各向同性弹性孔隙介质的Biot有效应力系数 88
5.1.3 Biot理论在水力压裂裂缝扩展中的应用 91
5.2 Biot有效应力系数的试验测量方法 91
5.2.1 直接测量方法 92
5.2.2 间接测量方法 96
5.3 Biot有效应力系数的影响因素 98
5.3.1 孔隙度和孔隙形状 98
5.3.2 岩石非均质性 98
5.3.3 加载条件 98
5.3.4 温度影响 98
5.3.5 流体类型 99
5.4 CO2饱和砂岩波速测量Biot有效应力系数 99
5.4.1 试验方案 99
5.4.2 结果分析 100
第6章 SC-CO2压裂裂缝扩展规律及应用 103
6.1 相似原理在CO2压裂中的应用 103
6.1.1 de Pater相似理论方法 103
6.1.2 de Pater相似理论应用 107
6.2 SC-CO2压裂裂缝形态及影响因素 108
6.2.1 SC-CO2压裂试验系统 108
6.2.2 SC-CO2压裂裂缝扩展影响因素 109
6.3 SC-CO2压裂裂缝多场耦合机制 128
6.3.1 孔压和热应力降低有效应力及诱导剪切破坏 128
6.3.2 零表面张力降低裂缝扩展的临界缝内净压力 134
6.3.3 吸附作用降低裂缝失稳扩展的临界应力 135
6.3.4 相变导致的动态载荷作用增大裂缝复杂度 136
6.4 SC-CO2压裂现场案例分析 138
6.4.1 项目概况 138
6.4.2 现场施工参数 139
6.4.3 产量与埋存能力分析 140
第7章 CO2埋存过程中断层滑移力学机理分析 142
7.1 断层滑移条件 142
7.1.1 强度条件 142
7.1.2 速度摩擦状态条件 146
7.1.3 刚度条件 147
7.2 断层滑移模拟试验方法 148
7.2.1 试验方法 148
7.2.2 位移驱动断层破坏试验 148
7.2.3 流体注入驱动剪切破坏试验 151
7.3 断层滑移影响因素 154
7.3.1 断层性质 155
7.3.2 应力状态 155
7.3.3 储层温度 156
7.3.4 流体物理性质 157
7.3.5 流体注入方式 158
第8章 CO2埋存流固耦合数值模拟研究 159
8.1 流固耦合数学模型 159
8.1.1 概念模型 159
8.1.2 两相流控制方程 160
8.1.3 岩石变形控制方程 163
8.1.4 扩散控制方程 164
8.1.5 渗透率模型 165
8.2 盖层埋存效率影响因素 167
8.2.1 流固耦合模型的验证 167
8.2.2 数值模拟几何模型与参数 167
8.2.3 扩散系数的影响 169
8.2.4 各向异性的影响 171
8.3 埋存量评价方法 172
8.3.1 结构埋存量计算 172
8.3.2 残余埋存量计算 173
8.3.3 溶解埋存量计算173
8.3.4 矿化埋存量计算 173
参考文献 175