收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

龙马溪组层状页岩宏细观破坏行为及模型研究

李玉琳  
【摘要】:本文通过实验、模拟和理论的综合方法对不同层理龙马溪页岩的宏观和细观破坏行为进行了深入研究,获得了抗压强度、弹性模量、泊松比、断裂能等参数的变化规律;研究了预制缺口与层理夹角对页岩裂纹的萌生、扩展直至破断的影响规律;建立了页岩的弹性模量与层理面倾角的关系式及页岩劈裂破坏的强度公式。所获结论可为页岩气安全、高效开采提供一定的理论依据和实践指导。本文所获主要结论如下:(1)基于准静载和不同应变率下、不同层理龙马溪页岩的宏观破坏行为,得到了页岩的抗压强度、弹性模量、泊松比随层理倾角变化的演变规律,揭示了层理角度导致破坏模式的转变机理,并讨论了低应变率下层状页岩的强度及破坏模式变化规律。①在准静载和不同应变率下,层状页岩应力-应变曲线会经历压密、弹性、屈服和破坏四个阶段;随着层理面与预制缺口夹角增加,页岩抗压强度和弹性模量呈“U”形变化,泊松比则先减小后增加,其中夹角约45°时页岩的抗压强度和弹性模量都最低。②页岩的破坏模式明显受层理面倾角影响:0°~15°时,页岩的破坏模式主要表现为劈裂破坏;15°~30°时,页岩亦是以劈裂破坏为主,但剪切破坏也逐渐在发挥作用;45-60°时,页岩呈现出明显的剪切破坏,且此时的剪切破坏作用效应达到了最大;60°~90°,剪切破坏作用效应减弱,劈裂破坏作用效应加强。③应变率效应对页岩的破坏存在显著影响:当应变率由2.5×106/s增到2.5×104/s,层理面倾角为0°、30°、90°的页岩抗压强度均出现先增加后减小的趋势,且变化幅度较大;但层理倾角60°时页岩的抗压强度随应变率的增加呈现出不同的变化趋势。④不同加载条件下页岩多以劈裂破坏为主,2.5×10~(-5)/s时页岩内部有剪切破坏,随着应变率的进一步降低,剪切机制也越来越明显。当正应力与层理面夹角为60°时,页岩的剪切破坏是主要破坏机制。结合最大剪应力发生在45°的结构弱面上,我们认为当层理面与正应力夹角为45-60°时,页岩的层理面对其破坏机制的影响很大,在页岩水力压裂开发过程中需要考虑这一重大影响因素。(2)对不同层理角度页岩静态细观三点弯曲破坏实验,获得了预制缺口与层理夹角对页岩裂纹的萌生、扩展直至破断的影响规律。①随着层理面与预制缺口夹角的增加,页岩的峰值破坏荷载、弹性模量和断裂能等力学参数也逐渐增大。②页岩破坏通常由主裂纹控制,主裂纹通常有支裂纹;由于页岩矿物颗粒较小,所以主裂纹的扩展路径总体较为平滑。③三点弯曲载荷-位移曲线表明,页岩破坏表现出明显的脆性特征;其破裂产生的主裂纹的扩展路径通常是随机的。当主裂纹扩展遇到层理裂缝时,裂纹会发生止裂、转向、沿裂缝扩展和穿过裂缝继续扩展四种方式,具体由所受到的应力及页岩基质材料和裂纹体共同决定。(3)基于实验计算了不同层理角度页岩的断裂韧性、分析了页岩的断口形貌及破坏机理,并对不同条件下的三点弯曲破坏进行了模拟研究。①细观页岩在三点弯曲实验中,随着层理角度的增加,页岩的断裂韧度会逐渐增大,同一层理角度下不同页岩试件的断裂韧度具有一定的离散性。②页岩断口形貌观测表明,三点弯曲破坏之后,页岩的主要微观断口类型有:波浪形断口、鳞片状断口、层理面断口、沿层状结构面撕裂断口、穿层状结构面撕裂断口、微观裂缝开裂断口等,这与页岩材料及加载应力位移边界条件相关。③页岩微细观破坏模式主要以沿颗粒破坏、穿颗粒破坏和复合破坏为主,破坏机理主要为张拉破坏和剪切破坏。④页岩在破裂过程中,裂纹扩展以一条主裂纹为主,主裂纹周边有分支裂纹,主裂纹的路径通常较为平滑,分叉裂纹一般出现在主裂纹边缘具有的原始裂缝的弱结构面处。页岩主裂纹的扩展路径有一定随机性,原始层理裂缝对试样裂纹主扩展的影响是局部的,主要与弯曲应力竞争,两者的竞争机制决定了裂纹的最终扩展路径。加载速率越大,页岩裂纹扩展速率越快,分支裂纹也相应增加。在页岩开发的水力压裂过程中,水力压裂的冲击速率越大,产生的分支裂缝也越多,越有利于形成页岩气的运移通道。⑤计算获得Ⅰ型页岩断裂韧度K_(IC)为0.736MPa.m~(0.5)。随着缺口角度的增大,KⅠ先上升后下降;随着缺口角度增加,Ⅱ型应力强度因子KⅡ先由缺口角度增大逐渐上升,当缺口角度达到45°时,KⅡ趋于平稳;T应力是一种裂纹尖端平行于裂纹方向的应力,在Ⅰ/Ⅱ复合型断裂向Ⅱ型断裂转变过程中,T应力在逐渐增大。(4)建立页岩的弹性模量与层理面倾角的关系式及页岩劈裂破坏的强度公式。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前19条
1 秦佳;张威;刘晶;冯明溪;廖莹;陈弘;;美国页岩气开发状况分析[J];大庆石油地质与开发;2014年04期
2 和泽康;马传明;周爱国;刘存富;蔡鹤生;李小倩;刘运德;方玲;;页岩气勘探开发中水土环境污染的同位素技术[J];地质学报;2015年S1期
3 ;我国页岩气勘探开发利用三步走模式[J];江汉石油科技;2013年04期
4 叶伟强;;气井远程调控技术在涪陵页岩气田的应用[J];江汉石油科技;2016年02期
5 ;页岩气11-12月份部分项目进展汇总[J];气体分离;2016年06期
6 ;页岩气9-10月份部分项目进展汇总[J];气体分离;2017年05期
7 ;贾承造:页岩气要大干不要快上[J];气体分离;2012年02期
8 郭玉志;;页岩气“十二五”规划发布主攻勘探开发[J];气体分离;2012年02期
9 赵俊;;中国页岩气大发展急需解决的7个问题[J];气体分离;2013年01期
10 ;江西省页岩气研究院成立[J];气体分离;2013年03期
11 ;页岩气发展规划部署四大任务[J];气体分离;2016年05期
12 ;页岩气9-10月份部分项目进展汇总[J];气体分离;2016年05期
13 ;页岩气1-2月份部分项目进展汇总[J];气体分离;2018年01期
14 ;页岩气9-10月份部分项目进展汇总[J];气体分离;2018年05期
15 张道洪;刘其军;谢迟初;;建南地区下侏罗系页岩气地震预测[J];江汉石油科技;2012年03期
16 夏天;;中国页岩气潜力评估及开发建议[J];江汉石油科技;2012年04期
17 ;我国累计页岩气探明储量超万亿立方米[J];石油和化工节能;2018年04期
18 ;页岩气11-12月份部分项目进展汇总[J];气体分离;2015年06期
19 ;页岩气1-2月份部分项目进展汇总[J];气体分离;2017年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 Leilei Yang;Donghua Chen;Xinwei Li;Keyu Liu;Qi Liu;Bo Peng;;超临界CO2开采页岩气过程中的水-岩-气作用及CO2封存潜力研究(英文)[A];2019年中国地球科学联合学术年会论文集(十三)——专题34:盆地动力学与能源、专题35:沉积岩系改造与能源矿产赋存、专题36:同位素热年代学理论、方法与应用[C];2019年
2 李俊伦;杨文;谭玉阳;古宁;张海江;;基于节点式密集台阵的四川长宁—昭通页岩气开发区地震监测及速度结构成像[A];2019年中国地球科学联合学术年会论文集(二十)——专题51:微地震与诱发地震监测与反演、专题52:深地结构、地震过程与地下新能源勘查开采、专题53:中国人工诱发(触发)地震研究[C];2019年
3 雷兴林;;关于四川盆地近年来持续增长的地震活动的一些见解和建议[A];2019年中国地球科学联合学术年会论文集(二十)——专题51:微地震与诱发地震监测与反演、专题52:深地结构、地震过程与地下新能源勘查开采、专题53:中国人工诱发(触发)地震研究[C];2019年
4 莫树峰;卞爱飞;袁茂山;於文辉;;地震多参数TOC预测模型的建立及其应用[A];2019年中国地球科学联合学术年会论文集(十七)——专题44:电磁地球物理学研究应用及其新进展、专题45:油气田与煤田地球物理勘探[C];2019年
5 林海鲲;印兴耀;裴松;;一种直接提取三参数反演页岩TOC的方法[A];2019年中国地球科学联合学术年会论文集(二十一)——专题54:微孔隙岩石物理与非常规油气、专题55:油气地球物理[C];2019年
6 骆坤;宗兆云;;页岩气地质甜点叠前地震反演方法[A];2019年中国地球科学联合学术年会论文集(二十一)——专题54:微孔隙岩石物理与非常规油气、专题55:油气地球物理[C];2019年
7 樊伟鹏;姚军;孙海;樊冬艳;;考虑不同尺度裂缝的页岩气耦合流动模型[A];第十届全国流体力学学术会议论文摘要集[C];2018年
8 刘秋菊;;我国页岩气开发的环境法律规制探析[A];湖北省法学会法经济学研究会2017年年会摘要集[C];2017年
9 崔永强;;页岩气成因及页岩气工业[A];2017中国地球科学联合学术年会论文集(二十)——专题42:地幔地球化学与镁铁质-超镁铁质岩石成因、专题43:地球化学进展[C];2017年
10 陈卫东;;页岩气招标已过两轮 民企仍在“打酱油”[A];2015年国际货币金融每日综述选编[C];2015年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李玉琳;龙马溪组层状页岩宏细观破坏行为及模型研究[D];中国矿业大学(北京);2019年
2 张吉振;煤系页岩孔隙结构表征及其对页岩气赋存的影响研究[D];中国矿业大学(北京);2019年
3 袁伟;鄂尔多斯盆地延长组长7段富有机质页岩形成机理[D];中国石油大学(北京);2018年
4 陈义忠;基于非常规能源的水-能耦合系统模拟评估与多层决策[D];华北电力大学(北京);2019年
5 何坚;页岩有机质纳米孔隙中CO_2/CH_4置换及运移机理研究[D];中国矿业大学;2019年
6 单清林;涪陵地区页岩力学性质与破裂机制研究[D];中国石油大学(北京);2018年
7 赵天逸;页岩气赋存方式及渗流规律研究[D];中国石油大学(北京);2018年
8 曾彦;基于格子Boltzmann方法的页岩气多尺度渗流模型研究[D];中国石油大学(北京);2018年
9 任文希;考虑多组分渗流影响的页岩气压裂水平井产能模型研究[D];中国石油大学(北京);2018年
10 颜磊;川南海相页岩气测井综合评价技术及应用研究[D];成都理工大学;2019年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 梁梦吟;页岩气藏近井精细数值模拟方法研究[D];中国石油大学(华东);2018年
2 钟洪洋;鄂西恩施地区五峰组—龙马溪组页岩气成藏地质条件研究[D];长江大学;2019年
3 廖健;大地电磁测深法在雪峰山地区页岩气勘探中的应用研究[D];东华理工大学;2019年
4 于文龙;山西临—洪地区上古生界太原组页岩气储层特征及其成藏机理[D];中国矿业大学;2019年
5 刘天琳;修武盆地沉积及构造演化对下寒武统页岩气成藏的控制[D];中国石油大学(北京);2018年
6 张博;基于分子模拟技术的页岩气吸附能力定量评价[D];中国石油大学(北京);2018年
7 张美洲;川东北地区自流井组页岩发育模式及页岩气形成条件[D];中国石油大学(北京);2018年
8 谢雪恋;修武盆地构造演化对下志留统页岩气富集的控制[D];中国石油大学(北京);2018年
9 刘时雨;饱和流体对页岩物理性质影响的实验研究[D];中国石油大学(北京);2018年
10 郝婧玥;上扬子地区含笔石页岩有机岩石学特征及意义[D];中国石油大学(北京);2018年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 孙书博;北美:盈利提升活力增强[N];中国化工报;2013年
2 特约记者 顾定槐;“新钻11国”将引领亚洲发展[N];中国化工报;2013年
3 思远;坐拥资源,命运何以大不同[N];中国化工报;2013年
4 庞晓华;加石化业深受页岩气革命滞后之苦[N];中国化工报;2013年
5 谢昭萍 王珂;业界观点:广泛应用路还很长[N];中国化工报;2014年
6 石景文;阿尔及利亚石化产业跑起来了[N];中国化工报;2014年
7 雷蕾 黄健;涪陵页岩气规模化用于化工生产[N];中国化工报;2014年
8 记者 王秀兰;页岩气让美国经济受益至少20年[N];中国化工报;2013年
9 本报记者 刘全昌;页岩气开发火起来[N];中国化工报;2013年
10 本报记者 庞利萍;页岩气开发热潮中的冷思考[N];中国化工报;2013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