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《太原理工大学》 2004年
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盐类矿床水压致裂水溶开采的多场耦合理论及应用研究

梁卫国  
【摘要】:盐类矿床是一类开发与利用价值极高的矿床,不仅其蕴含矿物(氯化钠、硫酸钠、氯化钾、碳酸钠等)是重要的化工原料,在国民经济和社会生活中占有重要的地位和作用;而且由于其所具有的特殊地质条件及优良物理力学特性,水溶开采后岩盐溶腔还是石油、天然气地下储备的理想场所。因此,科学的盐类矿床开采理论与方法,始终是对盐类矿床合理开发与应用的基础和保障。 由于盐类矿物易溶于水的特性,对盐类矿床的开采常采用水溶开采的方法。然而,由于水溶开采过程是一个涉及化学流体运移、矿物溶解、传热传质、固体变形等多场相互作用的固—流—热—传质耦合问题,使得水溶开采理论的建立复杂困难、水溶开采技术的发展重受制约。因此,进行盐类矿床水溶开采的多场耦合理论及其应用的研究,可以深入奠定盐类矿床水溶开采的理论基础、进一步促进水溶开采技术的发展、以及加强盐类矿床科学合理的开发应用,具有十分重要的意义和价值。 本文以盐类矿床水压致裂水溶开采的多场耦合理论及应用作为研究课题,通过实验研究、理论分析、数值模拟、以及现场试验的方法,对围绕该课题的岩盐高温力学特性、盐类矿床水压致裂—溶解理论、盐矿床水溶开采多场耦合理论、以及群井致裂控制水溶开采技术及应用进行了系统的研究。 主要研究内容及结果如下: (1)岩盐高温及再结晶力学特性的实验研究。在岩盐基本力学特性实验的基础上,进行了240℃范围内岩盐高温力学特性、以及损伤岩盐高温再结晶力学特性的实验研究。研究发现:岩盐力学特性具有明显的温度效应特征,随温度的升高,岩盐的强度与温度呈对数关系增强,塑性变形量也在相应增大;高温再结晶可以使损伤岩盐晶间摩擦系数得以恢复,但对内聚力的恢复不明显。 (2)盐类矿床水压致裂—溶解理论及技术研究。盐类矿床水力压裂,是一个岩体断裂、溶液渗流、裂纹起裂扩展、岩盐溶解扩散的多因素综合作用的固—流—溶解—扩散耦合作用过程,本文在耦合理论分析的基础上,建立了盐类矿床水压致裂——溶解理论,提出了盐类矿床的水压致裂连通技术;数值模拟结果表明,水压致裂过程 摘要 中,岩盐水力裂缝呈扇形张开,与不考虑溶解时的裂缝宽度明显不同,其裂缝宽度与 距离、时间的关系为:w=(0.0034+0.0006t)e‘众。007+0·oolst)‘,数值模拟结果与现场压裂 试验结果相吻合。 (3)盐矿水溶开采的固一流一热一传质祸合理论研究。盐矿水溶开采过程,是 一个化学流体运移、矿物溶解、传热传质、固体变形等多场相互作用的固一流一热一 传质祸合作用过程,矿物的溶解与溶腔内流场、溶液浓度场、以及温度场密切相关; 本文以岩体力学、流体力学、传热传质学等理论为基础,建立了盐矿水溶开采的固一 流一热一传质多场祸合理论,并进行了相应的数值模拟;数值模拟结果,清楚地说明 了多场之间的相互作用关系。 (4)盐矿水溶开采模拟实验研究。在室内进行了盐矿水溶开采的模拟实验,研 究岩盐水溶开采过程中各物理量的变化及相互作用规律。室内模拟实验结果表明:在 水溶开采过程中,岩盐溶解速度与溶蚀面积成指数关系,而溶解速度,则在一定范围 内随流速的增大而增大;水力压裂可以使得裂缝沿软弱夹层大面积扩展,并实现群井 间连通,矿床的溶解特征与数值模拟结果相一致。 (5)芒硝矿群井致裂控制水溶开采技术与应用研究。群井致裂控制水溶开采技 术,是利用盐类矿床水压致裂裂缝大面积扩展及流体流向群井间可调控的特性,对盐 矿床实施高效、低成本的控制溶解开采。本文在上述理论分析及实验研究的基础上, 提出了群井致裂控制水溶开采技术,并进行了现场试验研究;试验结果表明,群井致 裂控制水溶开采,是一项理论科学、技术可行的、可以实现高回采率、高效率、高效 益、低成本的水溶开采方法。 (6)盐矿床内油气储备和核废料处置。对在盐类矿床内进行石油、天然气储备 和核废料地质处置、储库溶腔的建造技术方法、以及加强对盐矿床的综合开发利用, 进行了初步的分析探讨。
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TD87

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【引证文献】
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【二级引证文献】
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3 颜仰基;袁敬阆;康承林;王泽文;王光新;;云南思茅拗陷勐野井组盐类矿床的成钾条件[A];中国地质科学院文集(1981)[C];1983年
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1 梁卫国;盐类矿床水压致裂水溶开采的多场耦合理论及应用研究[D];太原理工大学;2004年
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