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《中国地质大学(北京)》 2011年
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煤储层水力压裂裂缝展布特征数值模拟

王晓锋  
【摘要】:本文首先综述了水力压裂技术的发展历程和现状及其造缝机理,介绍了水力压裂数值模拟模型从二维到拟三维和三维的发展阶段,以及各种模型各自的适用范围、假设条件和优缺点。沁水盆地南部是本次研究的目标区,经过一系列有限元数值模拟,研究了不同地质条件下煤储层水力压裂裂缝的起裂、扩展及延伸规律,探讨了煤储层岩石力学性质、地应力场状态等地质因素和压裂液粘度、泵排量等现场施工因素对压裂裂缝发育的控制作用,初步建立了适合沁水盆地南部煤储层特点和地质条件的压裂裂缝发育模型。 简要概括了多孔介质的基本理论和断裂力学的基本理论,介绍了孔隙度、饱和度、有效应力、应力强度因子、能量释放率、J积分等基本概念。介绍了断裂力学中关于Ⅰ型裂纹和混合裂纹扩展的几种判定准则,包括Ⅰ型裂纹扩展的应力强度因子准则和能量释放率准则和混合裂纹扩展的最大张应力准则和能量释放率准则。 在一些假设条件的基础上,利用大型有限元软件ANSYS进行了煤储层水力压裂裂缝展布数值模拟,利用软件中自带的Cohesive Zone Model材料模型建立地质模型,模型中的各种参数分别取自煤岩样品的力学实验和文献调研。根据牛顿流体在二维平板间的流动模型推导出了压裂液在裂缝面上的压降方程,利用ANSYS自带的语言编写了命令流,实现了程序的自动运行。CZM是利用接触单元建立起来的一种界面模型,其界面分离有以下三种模式:(1)界面的法向分离;(2)界面的切向分离;(3)法向和切向分离共存的混合模式,选择不同的模式需要输入不同的材料常数。软件为CZM材料提供了两种起裂准则,一是上下界面的法向分离位移,二是界面法向的最大张应力准则。 通过模拟得出了一些比较令人满意的结论。主要有:在模型参数给定的条件下,地层破裂压力为13.9MPa。在射孔尖端的前缘,随着离开尖端的距离逐渐增大,张应力的分量逐渐减小,在一定距离后张应力完全消失,地层应力变为压应力。最大缝长的变化与注入压力的大小成正比,与x方向和y方向的弹性模量、压裂液粘度和最小水平地应力成反比,与最大水平地应力的大小无关;最大缝宽的变化与注入压力和压裂液粘度的大小成正比,与x方向和y方向的弹性模量和最小水平地应力成反比,同样与最大水平地应力的大小无关;起裂压力不随压裂液粘度和最大水平地应力的变化而变化,随最小水平地应力的增大而增大。当压裂液粘度增大时,裂缝变得宽而短;当压裂液粘度减小时,裂缝变得窄而长。本文研究成果有望为沁水盆地南部煤层气井压裂设计优化提供依据。
【学位授予单位】:中国地质大学(北京)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TD825

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 袁志刚;王宏图;胡国忠;范晓刚;刘年平;;穿层钻孔水力压裂数值模拟及工程应用[J];煤炭学报;2012年S1期
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 唐艳玲,张高群,高海滨;HEC煤层压裂液的性能评价及应用[J];断块油气田;2000年03期
2 司淑平,李文峰,马建民;煤层气井产能影响因素分析及对策[J];断块油气田;2001年05期
3 秦勇;姜波;王继尧;吴财芳;傅雪海;韦重韬;侯泉林;琚宜文;;沁水盆地煤层气构造动力条件耦合控藏效应[J];地质学报;2008年10期
4 蒋玉川;徐双武;陈辉;;脆性材料复合型裂纹的断裂准则[J];工程力学;2008年04期
5 吕念春;程云虹;李新刚;程靳;;复合材料非对称动态扩展裂纹的模型[J];哈尔滨工业大学学报;2007年01期
6 刘莎;张芳;;基于ANSYS有限元软件裂纹扩展模拟[J];化工装备技术;2006年01期
7 张志全,张军,许弟龙,胡东,张保国,唐艳;煤层气井水力压裂设计[J];江汉石油学院学报;2001年02期
8 张公社;赵蓓;石惠宁;宋时权;;重复压裂裂缝转向的ANSYS有限元模拟[J];石油天然气学报;2009年06期
9 杨庆生,杨卫;断裂过程的有限元模拟[J];计算力学学报;1997年04期
10 杜春志;茅献彪;卜万奎;;水力压裂时煤层缝裂的扩展分析[J];采矿与安全工程学报;2008年02期
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1 连志龙;水力压裂扩展的流固耦合数值模拟研究[D];中国科学技术大学;2007年
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1 岳庆河;基于ANSYS的土石坝渗流与稳定分析研究[D];山东农业大学;2008年
2 那志强;水平井压裂起裂机理及裂缝延伸模型研究[D];中国石油大学;2009年
【共引文献】
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1 夏小和,黄醒春,王建华,顾隽超;用DDM实现弹性体裂纹演化的动态跟踪[J];地下空间;2002年04期
2 王建国;李璐;王连庆;王红缨;;Ⅰ-Ⅲ型复合加载下铝合金疲劳裂纹扩展速率[J];北京科技大学学报;2011年06期
3 曹文斌;常福清;白象忠;;渗透球壳流固耦合问题的位移及内力解[J];船舶力学;2009年01期
4 郭悦;史晓锋;王鑫;;连续测斜仪校准算法及仿真研究[J];测井技术;2009年06期
5 陈彦玉;;混凝土坝裂缝灌浆关键技术问题探讨[J];长江科学院院报;2011年03期
6 董建新,张麦仓,曾燕屏,谢锡善;高温合金CT试样裂纹前沿应力分布及第二相影响的模拟计算[J];材料工程;2003年10期
7 张鹏飞;郭大立;王东浩;计勇;许江文;胡广军;;压后综合评估的模糊方法研究[J];重庆科技学院学报(自然科学版);2008年06期
8 陶涛;林鑫;方绪祥;曹成;张天林;;煤层气井压裂伤害机理及低伤害压裂液研究[J];重庆科技学院学报(自然科学版);2011年02期
9 韩金轩;杨兆中;李小刚;路艳军;;我国煤层气储层压裂现状及其展望[J];重庆科技学院学报(自然科学版);2012年03期
10 刘燕;易成;赵胜利;;混凝土劈裂实验及裂纹开展过程的数值模拟[J];河北农业大学学报;2010年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 周宏刚;宋彦琦;;断裂力学中两种断裂准则的认识及应用[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
2 张遂安;;煤层气开发技术发展趋势[A];非常规油气资源勘探开发装备及应用技术研讨会论文集[C];2011年
3 任晓娟;齐银;张宁生;张国辉;;低渗孔隙介质中低速非达西渗流特征研究进展[A];第九届全国渗流力学学术讨论会论文集(二)[C];2007年
4 傅向荣;陈新文;岑松;赵东;赵阳;蒋东英;田歌;张鹏;;复合材料层合板分层裂纹扩展的试验及数值模拟研究[A];中国计算力学大会'2010(CCCM2010)暨第八届南方计算力学学术会议(SCCM8)论文集[C];2010年
5 王建国;李璐;王连庆;王红缨;;Ⅰ-Ⅲ型复合加载下铝合金材料疲劳裂纹扩展速率[A];2010年海峡两岸材料破坏/断裂学术会议暨第十届破坏科学研讨会/第八届全国MTS材料试验学术会议论文集[C];2010年
6 唐胜利;陈粤强;;煤层气空气钻井设备的选型及性能分析[A];高产高效煤矿建设的地质保障技术——陕西省煤炭学会学术年会论文集·2009[C];2009年
7 程庆迎;黄炳香;;圆孔孔壁水压裂缝扩张的断裂力学分析[A];煤炭开采新理论与新技术——中国煤炭学会开采专业委员会2006年学术年会论文集[C];2006年
8 朱宝存;唐书恒;蔡超;;煤层气井压裂技术研究现状[A];煤层气勘探开发理论与实践[C];2007年
9 段明星;高德利;张辉;王德桂;;煤层气井空气动力洞穴完井力学机理研究[A];2008年煤层气学术研讨会论文集[C];2008年
10 屈平;申瑞臣;杨恒林;李景翠;董胜伟;;节理煤层井壁稳定性的评价方法研究[A];2008年煤层气学术研讨会论文集[C];2008年
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1 张松航;煤储层气体运移特征和CO_2-ECBM数值模拟研究[D];中国地质大学(北京);2011年
2 陶树;沁南煤储层渗透率动态变化效应及气井产能响应[D];中国地质大学(北京);2011年
3 郭红玉;基于水力压裂的煤矿井下瓦斯抽采理论与技术[D];河南理工大学;2011年
4 杨慧;水—岩作用下多裂隙岩体断裂机制研究[D];中南大学;2010年
5 柳群义;红层路堑边坡稳定性与防治研究[D];中南大学;2010年
6 邵太升;黄沙矿上保护层开采卸压释放作用研究[D];中国矿业大学(北京);2011年
7 马强;煤层气储层渗透率变化规律理论与实验研究[D];中国矿业大学(北京);2011年
8 徐乃忠;低透气性富含瓦斯煤层群卸压开采机理及应用研究[D];中国矿业大学(北京);2011年
9 杨立云;岩石类材料的动态断裂与围压下爆生裂纹的实验研究[D];中国矿业大学(北京);2011年
10 王庆慧;压力容器蒸汽爆炸临界条件分析及后果仿真[D];东北石油大学;2011年
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1 刘浩;高煤级煤储层水力压裂的裂缝预测模型及效果评价[D];河南理工大学;2010年
2 王大治;单点锚泊系统动力学建模仿真与姿态控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 朱鹏飞;寺河井田煤层气开采及利用研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
4 张啸;高压水射流割缝的破煤机理及实验研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
5 陈静;高压空气冲击煤体气体压力分布的模拟研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
6 胡敏;30Cr1Mo1V转子钢疲劳裂纹扩展数值模拟分析[D];长沙理工大学;2010年
7 郑安兴;基于XFEM的重力坝裂纹开展数值分析研究[D];昆明理工大学;2010年
8 黄金;FRANC2D/3D网格技术研究与应用[D];昆明理工大学;2008年
9 李希朝;基于正交实验的花岗石高效锯切技术实验研究[D];山东大学;2010年
10 王鹏;工作面采动中水力割缝区矿压显现规律[D];太原理工大学;2011年
【同被引文献】
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1 吕有厂;;水力压裂技术在高瓦斯低透气性矿井中的应用[J];重庆大学学报;2010年07期
2 黄炳香;程庆迎;刘长友;魏民涛;付军辉;;煤岩体水力致裂理论及其工艺技术框架[J];采矿与安全工程学报;2011年02期
3 林柏泉;李子文;翟成;比强;温永宇;;高压脉动水力压裂卸压增透技术及应用[J];采矿与安全工程学报;2011年03期
4 朱宝存;唐书恒;张佳赞;;煤岩与顶底板岩石力学性质及对煤储层压裂的影响[J];煤炭学报;2009年06期
5 富向;;井下点式水力压裂增透技术研究[J];煤炭学报;2011年08期
6 周红星;程远平;刘洪永;郭品坤;王立国;;突出煤层穿层钻孔孔群增透技术及应用[J];煤炭学报;2011年09期
7 申晋,赵阳升,段康廉;低渗透煤岩体水力压裂的数值模拟[J];煤炭学报;1997年06期
8 李连崇,杨天鸿,唐春安,杨春和;岩石水压致裂过程的耦合分析[J];岩石力学与工程学报;2003年07期
9 刘建军,冯夏庭,裴桂红;水力压裂三维数学模型研究[J];岩石力学与工程学报;2003年12期
10 连志龙;张劲;吴恒安;王秀喜;薛炳;;水力压裂扩展的流固耦合数值模拟研究[J];岩土力学;2008年11期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 薛强,梁冰,李宏艳;可压缩流体渗流的流固耦合问题数值模拟研究[J];地下空间;2001年S1期
2 张家发;三维饱和非饱和稳定非稳定渗流场的有限元模拟[J];长江科学院院报;1997年03期
3 冷雪峰 ,杨天鸿 ,国怀专 ,李连崇;单孔岩石水压致裂过程的数值模拟分析[J];世界有色金属;2002年10期
4 冷雪峰,唐春安,杨天鸿,李连崇;岩石水压致裂过程的数值模拟分析[J];东北大学学报;2002年11期
5 谢朝阳,李志,罗美娥,赵跃康;大庆油田薄差油层压裂挖潜技术[J];断块油气田;1997年04期
6 李同林;水压致裂煤层裂缝发育特点的研究[J];地球科学;1994年04期
7 胡永全,任书泉;水力压裂裂缝高度控制分析[J];大庆石油地质与开发;1996年02期
8 周望,谢朝阳;大庆油田水力压裂技术的发展[J];大庆石油地质与开发;1998年02期
9 夏惠芬,李福军,夏克英,杨树人;水力压裂垂直裂缝几何形态数值模拟及影响因素分析[J];大庆石油学院学报;1996年01期
10 薛世峰,宋惠珍;非混溶饱和两相渗流与孔隙介质耦合作用的理论研究——方程解耦与有限元公式[J];地震地质;1999年03期
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1 贾苍琴;考虑非饱和非稳定渗流和剪胀性的土坡稳定分析[D];同济大学;2006年
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1 蒙富强;基于ANSYS的土石坝稳定渗流场的数值模拟[D];大连理工大学;2006年
2 朱建桃;不同降雨条件对土坡入渗及稳定性影响[D];河海大学;2006年
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1 Les Bennett;Jo■l Le Calvez;David R.(Rich)Sarver;Kevin Tanner;W.S.(Scott)Birk;George Waters;Julian Drew;Gwénola Michaud;Paolo Primiero;Leo Eisner;Rob Jones;David Leslie;Michael John Williams;Jim Govenlock;Richard C.(Rick)Klem;Kazuhiko Tezuka;;水力压裂监测新方法[J];国外测井技术;2007年04期
2 吴继周,曲德斌,孟宪军;水力压裂裂缝几何形态数值模拟的研究[J];大庆石油学院学报;1988年04期
3 黄荣樽;;水力压裂裂缝的起裂和扩展[J];石油勘探与开发;1981年05期
4 黄荣撙;;水力压裂裂缝的起裂和扩展[J];石油勘探与开发;1982年05期
5 王素玲;姜民政;刘合;;基于损伤力学分析的水力压裂三维裂缝形态研究[J];岩土力学;2011年07期
6 傅英;郭建春;王书彬;;裂缝诊断技术[J];西部探矿工程;2006年05期
7 赵益忠;曲连忠;王幸尊;程远方;沈海超;;不同岩性地层水力压裂裂缝扩展规律的模拟实验[J];中国石油大学学报(自然科学版);2007年03期
8 韩炜;黄茗;刘云龙;冯耀忠;韩军;李发荣;;压裂油井产能恢复新工艺[J];国外油田工程;2010年09期
9 李未蓝;;扩大水力压裂的应用范围[J];新疆石油科技;2002年04期
10 南风;;用测斜仪检测水力压裂裂缝[J];小型油气藏;2001年03期
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1 李连崇;梁正召;李根;马天辉;;水力压裂裂缝穿层及扭转扩展的三维模拟分析[A];第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2010年
2 曹健;;空气悬浮法微胶囊化技术制备延迟破胶剂的研究[A];第七届全国精细化学品化学学术会议论文集[C];2004年
3 丛连铸;汪永利;陈进富;;煤对压裂液吸附特性的研究[A];第十届全国有机地球化学学术会议论文摘要汇编[C];2005年
4 王丽伟;卢拥军;单文文;张汝生;;低分子瓜尔胶压裂液的流变特性研究[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(上)[C];2005年
5 邱晓惠;陈彦东;杜长虹;崔伟香;王丽伟;;水力喷砂分段压裂技术中压裂液流变性能研究[A];中国流变学研究进展(2010)[C];2010年
6 岳欠杯;刘巨保;罗敏;李治淼;;压裂管柱与压裂液多物理场分析[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
7 刘合;韩松;张浩;冯程滨;张永平;;深层致密气藏压裂液的研究与应用[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(上)[C];2005年
8 张然;李根生;杨林;刘颂;田守增;;页岩气增产技术现状及前景展望[A];非常规油气资源勘探开发装备及应用技术研讨会论文集[C];2011年
9 卢拥军;陈彦东;丁云宏;蒋阗;;水基植物胶压裂液体系与流变特性[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
10 卢拥军;梁冲;胥云;陈彦东;;石油天然气增产改造过程中流变学探讨[A];中国化学会、中国力学学会第九届全国流变学学术会议论文摘要集[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 特约记者 李铭 通讯员 廖乐军;新型压裂液亮相长庆油田[N];中国石油报;2011年
2 通讯员 石华强 马占国;超低浓度压裂液长庆首试告捷[N];中国石油报;2011年
3 实习记者 隋昕彤 通讯员 张晓华;水平井压裂液降解强排试验获成功[N];大庆日报;2010年
4 裘新农 郭京瑞;新疆局成功开发QJ—1活性剂压裂液技术[N];中国石油报;2004年
5 记者 王志田通讯员 王涛;大庆油田实现压裂液现场快速检测[N];中国石油报;2008年
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7 谭明文 张绍彬;新型压裂液在洛带气田应用[N];中国石化报;2003年
8 李铭 汪义发;我国油田压裂现场连续配液工艺的发展方向[N];中国石油报;2005年
9 记者 杨文礼 江书程;长庆在国内率先开发出环保型压裂液[N];中国石油报;2006年
10 王雷;华北局井下作业大队施工现场注重环保[N];中国石化报;2006年
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1 李正军;基于最小耗能原理水力压裂裂缝启裂及扩展规律研究[D];东北石油大学;2011年
2 熊湘华;低压低渗透油气田的低伤害压裂液研究[D];西南石油学院;2003年
3 李曙光;表面活性剂压裂液机理、压裂设计及评估技术研究[D];西南石油学院;2005年
4 张锋;低渗透油藏压裂注水机理及工艺参数优化[D];中国石油大学;2009年
5 张平;低渗透底水油藏压裂技术研究与应用[D];西南石油大学;2009年
6 黄中伟;高压水射流辅助压裂机理与实验研究[D];中国石油大学;2007年
7 黄有泉;海拉尔油田苏德尔特复杂岩性储层压裂技术研究[D];大庆石油学院;2007年
8 宫长利;二氧化碳泡沫压裂理论及工艺技术研究[D];西南石油大学;2009年
9 马发明;川西须家河深层裂缝性气藏压裂理论与应用技术研究[D];西南石油大学;2009年
10 马广明;吐哈盆地红台2块凝析气田开发动态与增产技术研究[D];中国地质大学(北京);2009年
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1 王晓锋;煤储层水力压裂裂缝展布特征数值模拟[D];中国地质大学(北京);2011年
2 赵翠玉;基于熵理论的裂缝扩展规律研究[D];东北石油大学;2011年
3 祝凯;诊断裂缝形态的压裂压力分析新技术研究[D];西南石油大学;2011年
4 蒋山泉;新型聚合物压裂液的研制[D];西南石油学院;2003年
5 张鹏;煤层气井压裂液流动和支撑剂分布规律研究[D];中国石油大学;2011年
6 康寿兴;利用动植物油脂制备高附加值粘弹性表面活性增稠剂[D];中国石油大学;2010年
7 万里平;探井残余压裂液无害化处理实验研究[D];西南石油学院;2002年
8 丛连铸;煤层气井用高效低伤害压裂液研究[D];中国地质大学(北京);2003年
9 徐春梅;低伤害压裂液用疏水缔合水溶性聚合物/表面活性剂复合体系的研究[D];西南石油学院;2004年
10 卜继勇;尕斯油田强水敏地层压裂液体系研究[D];西南石油学院;2004年
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