石油学报

作者：康志勤, 武致辉, 王磊, 杨栋, 赵静, 韩贺旭, 赵阳升

单位：1. 太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室 山西太原 030024;2. 太原理工大学国家油页岩原位注热开采分中心 山西 太原 030024;3. 太原理工大学矿业工程学院 山西太原 030024

关键词：油页岩,无水热解,近/超临界水热解,孔隙裂隙,渗流,力学特性

基金：康志勤,男,1981年1月生,2008年获太原理工大学博士学位,现为太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室副教授,主要从事非常规油气资源开采研究工作。Email:kangzhiqin810101@126.com

摘要： 对流加热技术是油页岩地下原位干馏技术中关键可行的技术之一。以水蒸汽作为载热流体的方式已被证明在技术流程和经济性方面具有显著优势,深部高地应力环境会使低压高温蒸汽转变为近/超临界水状态。通过无水传导加热、近/超临界水加热热解油页岩的实验,结合显微CT扫描技术、三轴渗透测试以及单轴压缩力学试验对比研究了不同热解环境下油页岩细观孔隙裂隙结构演化过程以及宏观渗透、力学变化规律,阐释了由不同环境热解引发的油页岩宏细观特性差异机制。研究结果表明,近/超临界水热解条件下油页岩的孔隙度、裂隙发育程度远高于无水热解条件,其中,孔隙度相差近10倍,无水热解、近/超临界水热解环境下裂隙最大宽度分别由约30 μm增加至约150 μm,近/超临界水热解后矿物的变化显著影响了油页岩的细观结构,形成的伊/蒙混层之间具有大量的微米—纳米级孔隙。不同地应力及孔隙压力条件下,无水热解的渗透率均低于0.04 mD,而近/超临界水环境的渗透率达到了0.1~0.7 mD,两者相差20~50倍。超临界水具备更强的渗透性、传热性、溶解性和携带性,油页岩在超临界水热解环境中不仅会形成大量的平行层理方向裂隙,同时会产生沟通层理方向的层间交叉裂隙,表现为细观结构更复杂及渗流通道更通畅。近/超临界水环境下油页岩的抗压强度显著小于同温度无水环境,近/超临界水的参与明显加快了有机质的分解,使得油页岩能在更低温度情况下出现离层。研究结果为深部油页岩等富有机质岩的对流加热开采提供了理论前提。

来源：2025年第4期

《石油学报》期刊编辑部

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