水超临界二氧化碳：页岩微观力学特性的新发现.docx

水超临界二氧化碳：页岩微观力学特性的新发现

目录

一、内容描述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

1.1页岩的重要性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3

1.2水超临界二氧化碳技术概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

1.3研究目的与意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5

二、页岩的微观结构特征．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6

2.1页岩的矿物组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

2.2页岩的微观结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8

2.3页岩孔隙与裂缝特征．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9

三、水超临界二氧化碳对页岩微观结构的影响．．．．．．．．．．．．．．．．．．13

3.1水超临界二氧化碳的物理化学性质．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14

3.2水超临界二氧化碳与页岩的相互作用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16

3.3微观结构变化分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17

四、页岩微观力学特性研究．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18

4.1实验方法与原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19

4.2力学特性参数测定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21

4.3影响因素分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23

五、水超临界二氧化碳作用下页岩力学特性的新发现．．．．．．．．．．．．25

5.1力学特性的变化规律．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26

5.2页岩的破坏机理分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27

5.3新发现对页岩油气开发的意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29

六、模拟实验与现场应用对比研究．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29

6.1模拟实验设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31

6.2现场应用概况．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32

6.3模拟与现场对比结果分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34

七、结论与展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35

7.1研究结论总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36

7.2研究成果对行业的贡献与意义分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37

7.3未来研究方向与展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38

一、内容描述

本研究聚焦于揭示水超临界二氧化碳（scCO2）作为一种新型流体介质对页岩微观力学行为的影响机制，旨在为页岩油气藏的压裂改造、地质封存及岩土工程稳定性评估提供关键的理论依据与实验数据。页岩作为一种复杂的非常规储层岩石，其内部结构、成分及流体相互作用对其力学性质，特别是微观层面的变形与破坏规律，具有决定性作用。传统意义上的流体（如水、油）与岩石的相互作用研究已取得丰硕成果，然而当流体处于超临界状态时，其独特的物理化学性质（如密度、粘度、溶解能力、界面张力等随温度、压力的变化呈现连续渐变）将显著改变与岩石矿物表面的相互作用方式，进而可能重塑页岩的微观力学响应特性。本内容章节将系统阐述通过先进的微观力学测试技术（例如微压缩、微剪切、三轴压缩等实验手段），在水超临界二氧化碳环境下对页岩样本进行系统性实验研究的过程。重点描述所观测到的页岩在scCO2及含水scCO2作用下的微观应力-应变关系、损伤演化模式、裂缝萌生与扩展路径以及孔隙结构变化等关键现象。同时结合岩石力学理论、流体力学及材料科学等多学科交叉视角，深入探讨水超临界二氧化碳与页岩矿物（如粘土、石英、碳酸盐等）之间的界面作用机理，以及水相的存在如何调节或增强scCO2对页岩微观力学特性的影响。研究旨在量化描述这些新发现，并初步建立