view in publisher's site

Investigation on the damage of high-temperature shale subjected to liquid nitrogen cooling

Highlights•Damage of high-temperature shale subjected to LN2 cooling was investigated.•LN2 cooling can lead to more significant damage than air cooling.•Damage induced by LN2 cooling becomes more significant at higher shale temperature.•Faster cooling rate can induce higher thermal stress in rock.AbstractCryogenic nitrogen fracturing can provide a new insight into the stimulation of deep shale gas reservoirs. In order to investigate the physical and mechanical behaviors of high-temperature shales (298–533 K) subjected to LN2 cooling, we tested the permeability, P-wave velocity and uniaxial compressive strength (UCS) of shale specimens. In the experiment, two cooling ways were used and compared: cooling by LN2 immersion and cooling in air naturally. The scanning electron microscope (SEM) was employed to observe the micro-structural changes after cooling. To determine the effect of cooling rate on the rock damage, we conducted a transient 3D thermo-mechanical simulation using ABAQUS. The experimental results indicate that LN2 cooling induces significant damage in shales. At any given shale temperature, the enhancement of permeability and reductions of UCS and P-wave velocity after LN2 cooling are greater than those after air cooling. Differences in the physical and mechanical properties between two cooling groups become more significant with shale temperature rising. LN2 cooling can create obvious cracks on the surface of shales, and size and number of these cracks increase as temperature rises. According to the SEM observation, most of the cooling induced cracks are inter-granular cracks which are mainly attributed to the mismatch of thermal properties between particles. The simulation results indicate that the cooling rate has a positive impact on the thermal stress. Faster cooling rate generates higher tensile stress in the exterior region of rocks, which helps intensify the deterioration of the rocks.

بررسی آسیب شیل دمای بالا در اثر سرد شدن نیتروژن مایع

نکات برجسته آسیب شیل‌های با دمای بالا که در معرض خنک سازی LN۲ قرار گرفته‌اند مورد بررسی قرار گرفته‌است. * خنک سازی N۲ می‌تواند منجر به آسیب قابل‌توجه تری نسبت به خنک سازی هوا شود. آسیب ناشی از خنک سازی LN۲ در دمای بالاتر شیل چشمگیرتر می‌شود. سرعت سرد شدن سریع‌تر می‌تواند تنش حرارتی بیشتری را در سنگ القا کند. شکست نیتروژن ناشی از کرتکتیک می‌تواند دید جدیدی را در تحریک مخازن گاز شیل عمیق فراهم کند. به منظور بررسی رفتار فیزیکی و مکانیکی شیل‌های دمای بالا (۲۹۸ - ۵۳۳ K)تحت اثر خنک سازی LN۲، نفوذپذیری، سرعت موج P و مقاومت تراکمی تک محوری (UCS)نمونه‌های شیلی را مورد آزمایش قرار دادیم. در آزمایش، از دو روش خنک سازی استفاده و مقایسه شد: خنک سازی به وسیله غوطه‌وری و خنک سازی LN۲ به طور طبیعی در هوا. میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)برای مشاهده تغییرات ریز ساختاری پس از خنک سازی به کار گرفته شد. برای تعیین اثر نرخ خنک سازی بر روی آسیب سنگ، ما یک شبیه‌سازی حرارتی - مکانیکی سه‌بعدی گذرا را با استفاده از ABAQUS انجام دادیم. نتایج تجربی نشان می‌دهد که خنک سازی LN۲ آسیب قابل‌توجهی را در شیل‌ها القا می‌کند. در هر دمای شیل داده‌شده، افزایش نفوذپذیری و کاهش سرعت موج UCS و P پس از خنک سازی LN۲ بیشتر از دمای پس از خنک سازی هوا می‌باشد. تفاوت در خواص فیزیکی و مکانیکی بین دو گروه خنک‌کننده با افزایش دمای شیل چشمگیرتر می‌شود. خنک سازی LN۲ می‌تواند ترک‌های آشکاری بر روی سطح شیل‌ها ایجاد کند و با افزایش دما اندازه و تعداد این ترک‌ها افزایش می‌یابد. با توجه به مشاهدات SEM، بیشتر ترک‌های ناشی از خنک کاری، ترک‌های بین دانه‌ای هستند که عمدتا به عدم انطباق خواص حرارتی بین ذرات نسبت داده می‌شوند. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که نرخ خنک سازی تاثیر مثبتی بر تنش گرمایی دارد. سرعت سرد شدن سریع‌تر، تنش کششی بیشتری را در منطقه بیرونی سنگ‌ها ایجاد می‌کند که به تشدید زوال سنگ‌ها کمک می‌کند.
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله Fuel Technology
  • ترجمه مقاله Fuel Technology
  • مقاله تکنولوژی سوخت
  • ترجمه مقاله تکنولوژی سوخت
  • مقاله Energy Engineering and Power Technology
  • ترجمه مقاله Energy Engineering and Power Technology
  • مقاله مهندسی انرژی و فن‌آوری قدرت
  • ترجمه مقاله مهندسی انرژی و فن‌آوری قدرت
  • مقاله Geotechnical Engineering and Engineering Geology
  • ترجمه مقاله Geotechnical Engineering and Engineering Geology
  • مقاله مهندسی ژئوتکنیکی و مهندسی زمین‌شناسی
  • ترجمه مقاله مهندسی ژئوتکنیکی و مهندسی زمین‌شناسی
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.