水力压裂诱导钻孔孔壁应变行为演化特征试验研究

发布时间：2017-05-15 03:06

  本文关键词：水力压裂诱导钻孔孔壁应变行为演化特征试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文利用自行研制的拟三轴煤岩体水力压裂模拟试验系统,开展了配比型煤与原煤拟三轴水力压裂试验,从细观角度分析了钻孔起裂行为。 通过开展配比型煤与原煤拟三轴水力压裂试验,测试分析了水力压裂过程中压裂孔孔壁应变-水压曲线；基于孔壁应变的发展规律,分析了压裂孔的“三阶段”起裂特征。通过开展不同注水流量情况下配比型煤的拟三轴水力压裂模拟试验,得到了配比型煤在不同注水流量情况下的孔壁压缩应变—水压曲线,分析了压裂过程中配比型煤起裂压力、试块的破坏形式与注水流量的关系。 结果表明,在压裂孔起裂过程中,钻孔孔壁呈现拉伸与压缩应变两种类型,并呈现拉伸破裂区与压缩变形区,其中压缩型应变具有较好的可恢复性,其应变恢复比远大于拉伸型应变；钻孔起裂过程分为三阶段,即水气作用诱导微损伤形成阶段,孔壁内形成气流通道并产生初始损伤；局部损伤带形成阶段,孔壁形成拉伸破裂区和压缩变形区；试件失稳破坏阶段,裂缝不断延伸直至试件破裂,拉伸破裂区依然保持拉伸变形并较好地保持残余变形,而压缩变形区则由于作用力转向而得到一定程度恢复。 随着流量增大,起裂压力也有所增加,孔壁应变速率也随之变大,且试块的破坏形式趋于复杂化和多样化。泵入流量的大小实质是单位时间内能量输入的多少,试块的压裂过程其实质是能量的输入、储存、转移、耗散和释放的过程,钻孔围岩弹性应变能积累和释放将会引起孔壁应变的变化,试块在初次破裂前应变的快速增长阶段反应的是能量的快速积累过程,发生初次破裂以后,孔壁应变曲线的每一次波动则较好的反映了裂纹扩展延伸的行为。 本文研究成果对于揭示钻孔起裂行为及能量演化规律具有重要理论意义。
【关键词】：水力压裂 孔壁应变 残余变形 三阶段起裂特征 注水流量
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 1 引言13-21
• 1.1 研究目的及意义13-15
• 1.2 国内外研究现状15-19
• 1.2.1 水力压裂起裂机理研究现状15-17
• 1.2.2 水力压裂的试验研究现状17-19
• 1.3 研究内容19
• 1.4 主要技术路线19-20
• 1.5 主要创新点20-21
• 2 水力压裂实验系统研制21-31
• 2.1 实验系统设计21-25
• 2.1.1 密封腔体设计21-22
• 2.1.2 加载及压裂装置22-24
• 2.1.3 数据采集装置24-25
• 2.2 试样制备25-28
• 2.2.1 相似材料选取25-26
• 2.2.2 试样规格确定26-27
• 2.2.3 配比型煤的力学参数测定27-28
• 2.3 应变片布置方法28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 3 压裂孔围岩应力应变及损伤演化特征31-43
• 3.1 压裂孔围岩应力分布31-32
• 3.2 压裂孔围岩应力应变分析32-34
• 3.3 压裂孔围岩损伤演化特征34-38
• 3.4 裂纹扩展延伸特征38-42
• 3.5 本章小结42-43
• 4 定流量条件煤体水力压裂试验研究43-57
• 4.1 拟三轴水力压裂试验方案43
• 4.2 起裂压力规律分析43-48
• 4.3 水力压裂诱导孔壁应变响应特征试验方案48
• 4.4 孔壁环向应变规律分析48-52
• 4.4.1 应变试验结果48-51
• 4.4.2 残余应变分析51-52
• 4.5 压裂孔三阶段起裂特征52-55
• 4.6 本章小结55-57
• 5 不同注水流量条件水力压裂试验研究57-71
• 5.1 试验方案57-58
• 5.2 试验结果分析58-66
• 5.2.1 孔壁应变—水压曲线58-64
• 5.2.2 试块破坏形态64-66
• 5.3 水力压裂过程的能量特征66-69
• 5.3.1 裂纹起裂的能量积聚与释放特征67-68
• 5.3.2 注水流量与孔壁破坏的相关性分析68-69
• 5.4 本章小结69-71
• 6 结论与展望71-73
• 6.1 主要结论71-72
• 6.2 研究展望72-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-78
• 作者简介78

【参考文献】

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本文编号：366742