收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

水力压裂岩体非线性损伤演化研究

赵万春  
【摘要】: 准确地描述水力压裂裂缝形成与分布是优化压裂施工参数、提高压裂效果的重要依据。以往的水力裂缝研究主要基于断裂力学基础上的单一裂缝扩展和延伸。然而,大量的现场实践表明,水力压裂形成的不是单一裂缝,而是由许多微小裂缝增长、扩大、汇合形成的局部破坏带。运用断裂力学理论难以准确合理地模拟或描述地下储层真实的破裂过程。针对这一问题,需从一个新的理论视角出发对水力裂缝真实形态及破裂机理等问题做更深层次的研究与探索。本文运用损伤力学研究水力压裂岩体的损伤特性和微裂缝形成过程。开展了基于损伤理论井眼围岩应力分布研究;水力压裂过程岩体非线性损伤力学和非线性损伤演化研究,建立了运用损伤理论描述水力压裂岩体破坏和微裂缝形成的研究方法,为弥补断裂力学研究水力压裂的不足提供了新的研究思路和计算手段。主要研究工作与研究成果如下: 首先,本论文考虑双重介质岩体渗流作用,将井眼围岩区域分为破坏区、损伤区和弹性区,基于损伤理论建立了井眼围岩的应力分布和井眼围岩破坏半径和损伤半径计算模型。该模型的建立为水力压裂的岩体损伤力学模型和非线性损伤演化的研究打下了基础。 其次,考虑水力压裂为岩体动静态组合加载过程,提出动态应力强度因子计算方法,建立了水力压裂动态加载下微裂缝形成和岩体非线性损伤劣化的应力分布模型。 再次,根据能量守恒原理,建立了水力压裂过程岩体损伤劣化的本构模型。计算分析了岩体损伤变量、岩体损伤应变、弹性模量与泵压的变化关系。并假设加载过程中,释放出的能量促使新的微裂纹演化,微裂纹以分岔-生长-再分岔生长模式形成,建立了任意压裂阶段微裂缝的增长数目和长度分岔损伤演化本构模型。计算结果与前人试验研究成果变化规律吻合。 建立了任意压裂阶段微裂缝损伤演化增长分布形态模型,得出岩体微裂缝损伤演化分岔增长在主裂缝周围形成“树叉”状附属微裂缝。确定分支微裂缝与基础裂缝的初次分岔夹角范围和分岔角随裂缝分岔级数变化规律;建立了微裂缝分岔增长后的微裂缝张开度模型,分别计算了矩形裂缝、椭圆形裂缝和楔形裂缝张开度。并通过有限元模拟方法对模型进行了验证。 建立了水力压裂岩体微裂缝的生长密度和生长长度方程,给出任意压裂阶段微裂缝分岔增长数以及微裂缝分布密度和裂缝间距;得到了微裂缝的增长长度随泵压以及初始微裂缝的变化规律。 最后,根据建立的微裂缝形态模型、微裂缝的增长密度和增长长度模型以及压裂岩体微裂缝演化后的渗透张量模型,运用有限元模拟软件对吉林油田新民区块进行了产能模拟,结果表明,基于损伤理论的水力压裂岩体渗透张量计算得到的产能与实际产能吻合较好。 本文创新性地将损伤力学理论用于研究水力压裂岩体破坏和微裂缝形成,为水力压裂岩体的破坏特征和裂缝分布状态开辟了一个新的研究方向。本文的研究从岩体宏细观的角度揭示了岩体宏观主裂缝扩展和延伸是岩体细观损伤劣化和微裂缝演化发展的物理内涵。得出了主裂缝扩展和延伸是微裂缝细观损伤演化的宏观唯象表征。本论文的研究解释了运用断裂力学研究水力压裂单一裂缝扩展和延伸与实际工程存在误差的根本问题。对更深刻的了解水力压裂过程岩石的破裂机理提供了更为成熟可靠的科学依据,对进一步改善水力压裂设计提供了强有力的理论指导和技术支持,具有重要的学术价值和现实意义。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 董承全;吴绵拔;唐仁明;;预测岩体破坏的试验研究[J];大众科技;2009年11期
2 张耀平;曹平;袁海平;;岩体力学参数取值方法及在龙桥铁矿中的应用[J];中国矿业;2011年01期
3 吴信国;论层状岩体破坏判据[J];露天采矿技术;1992年01期
4 宋修海;;岩体损伤演化的协同效应及其热弹性不稳定性[J];辽宁工程技术大学学报;2007年05期
5 董承全;孟军涛;;声发射预测岩体破坏的试验研究与应用[J];西部探矿工程;2010年10期
6 林远东;涂敏;;底板岩体破坏深度力学计算逻辑关系分析[J];中国煤炭;2011年01期
7 李文秀;地下采煤与时间相关的岩体破坏概率问题[J];河北煤炭;1988年02期
8 曹庆林,桑玉发,王永前;金川二矿区大范围岩体破坏预测的分维模型[J];有色矿冶;1996年04期
9 张新科;;高压水力压裂技术在冲击地压防治中的应用[J];煤矿安全;2010年08期
10 王国鸿;徐赞;;水力压裂技术提高低透气性煤层瓦斯抽放量浅析[J];煤矿安全;2010年08期
11 吕有厂;王玉杰;张建华;仝艳军;;井下水力压裂钻孔封孔技术研究与实践[J];煤矿现代化;2010年06期
12 张文章;王璨;;水力压裂技术在难抽放煤层中的应用[J];中州煤炭;2011年10期
13 杨卫宇,周春虎,张廷汉;国外压裂过程模拟现状及发展趋势[J];石油钻采工艺;1989年03期
14 李凌山;采场松软底板极限比压的确定方法[J];煤;2005年02期
15 程久龙;岩体破坏弹性波CT动态探测试验研究[J];岩土工程学报;2000年05期
16 曹欣;兰建平;黎荣剑;;乌兹别克斯坦碳酸盐岩油气藏水力压裂技术[J];油气井测试;2007年S1期
17 倪振华;;复杂底板极限比压的确定方法[J];科技资讯;2010年05期
18 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
19 兀帅东;;高压水力压裂技术在冲击地压矿井中的应用[J];能源技术与管理;2010年04期
20 张国旺;;己组煤层瓦斯区域综合治理技术研究[J];中州煤炭;2010年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 于广明;赵建锋;;采动岩体破坏协同模型研究[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(上册)[C];2001年
2 徐嘉谟;;岩体破坏时是如何利用其中弱面的[A];中国岩石力学与工程学会第三次大会论文集[C];1994年
3 凌建明;孙钧;;岩体破坏后损伤特性及其力学描述[A];中国岩石力学与工程学会第三次大会论文集[C];1994年
4 于广明;潘永战;章伟;袁长丰;董春胜;;基于非连续特征的岩体受力的协同学分析[A];第九届全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2006年
5 李志辉;龚杰;;露天裂隙发育岩体地质构造调查及评价的研究与应用[A];第八届全国采矿学术会议论文集[C];2009年
6 白国良;李树志;;采动岩体宏观力学参数估计研究[A];全国“三下”采煤学术会议论文集[C];2008年
7 李荣强;;河谷伴生断裂的形成机理探讨[A];首届全国青年岩石力学学术研讨会论文集[C];1991年
8 蔡朋;邬爱清;汪斌;邓宝华;;一种基于Ⅱ型全过程曲线的岩爆倾向性指标[A];第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2010年
9 凌建明;;双轴应力作用下非贯通裂隙岩体破坏机制的研究[A];首届全国岩土工程博士学术讨论会论文集[C];1990年
10 吕有厂;孙矩正;;水力压裂技术在高瓦斯低透气性矿井中的应用研究[A];第七次煤炭科学技术大会文集(下册)[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵万春;水力压裂岩体非线性损伤演化研究[D];大庆石油学院;2009年
2 许传华;岩体破坏的非线性理论研究及应用[D];河海大学;2004年
3 海书杰;油页岩渣制备石油支撑剂的研究[D];中国地质大学;2010年
4 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
5 汤琦;水平井水力压裂技术研究[D];中国地质大学(北京);2012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 唐礼忠;深井矿山地震活动与岩爆监测及预测研究[D];中南大学;2008年
8 彭欣;复杂采空区稳定性及近区开采安全性研究[D];中南大学;2008年
9 张平;裂隙介质静动应力条件下的破坏模式与局部化渐进破损模型研究[D];西安理工大学;2004年
10 张志强;非贯通裂隙岩体破坏细观特征及其宏观力学参数确定方法[D];西安理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张晓光;基于损伤理论重复压裂应力场研究[D];大庆石油学院;2009年
2 何松晟;基于能量方法的岩体破坏机理及其在边坡工程中的应用[D];武汉工业学院;2012年
3 梁利平;东濮凹陷深层气藏水力压裂技术研究与应用[D];西南石油学院;2005年
4 陈小奎;煤层水力压裂三相耦合数值模拟研究[D];安徽理工大学;2008年
5 孙东生;滨南油田水力压裂模拟试验研究[D];中国地质科学院;2007年
6 赵建锋;岩体弱面的分形性与含弱面岩体破坏的力学行为研究[D];辽宁工程技术大学;2002年
7 周奎;含三维裂隙的脆性岩体破坏机理的试验与数值分析研究[D];山东大学;2011年
8 吕霁;特厚煤层综放开采上覆岩层破坏规律研究[D];北方工业大学;2010年
9 刘永喜;大庆油田薄差层压裂工艺技术研究[D];大庆石油大学;2006年
10 丁泰山;超欠挖状态下地下洞室围岩稳定性数值分析[D];西北工业大学;2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 通讯员王志磊 记者刘耀平;水力压裂技术领先[N];中国煤炭报;2011年
2 周泽山;创新 不竭的动力[N];中国矿业报;2002年
3 任山 黄小军;上百亿难动用储量可望升级动用[N];中国石化报;2003年
4 马小伟 孟庆云;胜利现河高效开发低渗透油藏[N];中国石化报;2004年
5 本报记者 刘国安;重视现代油藏管理发展动向[N];中国石油报;2003年
6 觅程;青平川采油厂科技增油尝甜头[N];延安日报;2010年
7 杨玉峰;页岩气改变全球能源格局[N];中国石化报;2010年
8 本报驻美国记者 温宪;页岩气或将改变美能源结构[N];人民日报;2011年
9 卢雪梅 张亚雄;页岩气钻采技术带动页岩油开发[N];中国石化报;2011年
10 李明岩;加拿大霍恩河盆地页岩气藏潜力巨大[N];中国石化报;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978