先存不连续面与流体对岩石裂纹扩展规律影响研究
发布时间：2021-04-28 17:23
人工诱导裂缝（如水力裂缝）及流体与岩石先存裂缝体系的相互作用是多种工程条件下不可回避的重要问题之一。以往的研究主要集中在先存的摩擦界面（无内聚力）与人工诱导裂缝的相互作用关系上。然而,我们对于具有内聚力的先存不连续面（如方解石脉和层理面）对人工诱导裂缝扩展的影响仍然知之甚少。同时,对流体（如水基压裂液）短时间浸泡对岩石张裂纹的起裂和扩展影响的研究尚不十分全面。本文采用离散元数值模拟以及半圆形三点弯曲实验方法,重点研究了页岩和花岗岩中具有内聚力的先存不连续面对张裂纹扩展规律的影响,同时,通过计算断裂韧度,量化了页岩和花岗岩抵抗裂纹扩展的能力。借助离散元数值模型,本文系统地研究了具有内聚力的先存不连续面的几何属性（先存不连续面的倾角与厚度、先存不连续面与人工诱导裂缝之间的距离等）,先存不连续面的岩石力学性质（强度）对人工诱导裂缝扩展规律及断裂韧度的影响。通过半圆形三点弯曲实验,研究了流体的存在及其对岩石的浸泡时长对人工诱导裂缝扩展规律及断裂韧度的影响。研究结果表明,先存不连续面的几何属性及其岩石力学性质对人工裂隙的起裂和扩展模式均有显著影响,同时,岩石在流体内的浸泡处理明显降低了岩石断裂韧...
【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 选题目的及意义
1.2 国内外研究进展
1.2.1 岩石力学特性与地质工程
1.2.2 裂纹的起裂和扩展准则
1.2.3 断裂韧度的测试方法
1.3 研究内容
1.4 研究方法及技术路线
1.4.1 研究方法
1.4.2 技术路线
1.5 完成的工作量和主要认识
第2章 先存不连续面对页岩裂纹扩展规律影响
2.1 取样位置及岩石地质特征
2.2 模型设置及DEM参数校正
2.2.1 参数校正
2.2.2 数值模型设置
2.3 方解石脉对页岩裂纹扩展规律的影响
2.3.1 方解石脉与切口距离
2.3.2 方解石脉与切口夹角
2.4 层理对页岩裂纹扩展规律的影响
2.4.1 页岩层理厚度的影响
2.4.2 层理面的倾角和强度的影响
2.5 先存不连续面体系对页岩裂纹扩展规律的影响
2.5.1 层理几何参数对裂纹起裂和扩展规律的影响
2.5.2 层理面强度对裂纹起裂和扩展规律的影响
2.5.3 张裂纹在页岩中的相互作用模式
2.5.4 先存不连续面对页岩Ⅰ型断裂韧度的影响
2.6 随机分布与离散性分析
第3章 先存不连续面对花岗岩裂纹扩展规律影响
3.1 取样位置及岩石地质特征
3.2 岩石实验及DEM模型参数校正
3.2.1 试样制备与实验流程
3.2.2 参数校正与模型设置
3.3 花岗岩方解石脉对裂纹扩展规律的影响
3.3.1 方解石脉到切口的距离
3.3.2 方解石脉与切口的夹角
3.4 裂纹相互作用模式与参数讨论
第4章 流体对花岗岩裂纹扩展规律影响
4.1 岩石实验及DEM模型参数校正
4.1.1 试样制备与实验流程
4.1.2 参数校正与模型设置
4.2 结果分析
4.2.1 花岗岩断裂韧度与浸水时长的关系
4.2.2 浸泡液离子浓度的变化
4.3 弱化机理
第5章 结论
参考文献
致谢
在学期间发表的学术论文及研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]长宁—威远页岩气示范区套管变形机理及对策[J]. 陈朝伟,石林,项德贵. 天然气工业. 2016(11)
[2]美国Marcellus页岩与中国南方龙马溪组页岩地质特征对比及启示[J]. 颜彩娜,金之钧,赵建华,杜伟,聂海宽. 地质科技情报. 2016(06)
[3]水力劈裂楔劈效应试验研究[J]. 袁俊平,王启贵. 岩土力学. 2015(12)
[4]页岩气开采压裂技术分析与思考[J]. 石晓闪,刘大安,崔振东,孙波,唐铁吾. 天然气勘探与开发. 2015(03)
[5]水岩相互作用分析方法研究进展[J]. 贾文飞,高柏,李鸣晓,李娟. 广东化工. 2015(09)
[6]评价页岩压裂形成缝网能力的新方法[J]. 郭天魁,张士诚,葛洪魁. 岩土力学. 2013(04)
[7]美国阿巴拉挈亚盆地Marcellus页岩气研究[J]. 马华,田向阳,杨敏. 辽宁化工. 2013(01)
[8]裂缝在非均匀岩层内扩展机理研究[J]. 王素玲,张一鸣,姜民政,李杨. 力学与实践. 2012(06)
[9]含气页岩破坏模式及力学特性的试验研究[J]. 李庆辉,陈勉,金衍. 岩石力学与工程学报. 2012(S2)
[10]北山花岗岩S型/I型空间变化规律及含矿性[J]. 杨合群,李英,李文明,杨建国,赵国斌,王小红. 地球学报. 2009(05)
硕士论文
[1]下扬子地区构造变形特征及页岩气保存条件分析[D]. 张涛.南京大学 2014
本文编号：3165872
【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 选题目的及意义
1.2 国内外研究进展
1.2.1 岩石力学特性与地质工程
1.2.2 裂纹的起裂和扩展准则
1.2.3 断裂韧度的测试方法
1.3 研究内容
1.4 研究方法及技术路线
1.4.1 研究方法
1.4.2 技术路线
1.5 完成的工作量和主要认识
第2章 先存不连续面对页岩裂纹扩展规律影响
2.1 取样位置及岩石地质特征
2.2 模型设置及DEM参数校正
2.2.1 参数校正
2.2.2 数值模型设置
2.3 方解石脉对页岩裂纹扩展规律的影响
2.3.1 方解石脉与切口距离
2.3.2 方解石脉与切口夹角
2.4 层理对页岩裂纹扩展规律的影响
2.4.1 页岩层理厚度的影响
2.4.2 层理面的倾角和强度的影响
2.5 先存不连续面体系对页岩裂纹扩展规律的影响
2.5.1 层理几何参数对裂纹起裂和扩展规律的影响
2.5.2 层理面强度对裂纹起裂和扩展规律的影响
2.5.3 张裂纹在页岩中的相互作用模式
2.5.4 先存不连续面对页岩Ⅰ型断裂韧度的影响
2.6 随机分布与离散性分析
第3章 先存不连续面对花岗岩裂纹扩展规律影响
3.1 取样位置及岩石地质特征
3.2 岩石实验及DEM模型参数校正
3.2.1 试样制备与实验流程
3.2.2 参数校正与模型设置
3.3 花岗岩方解石脉对裂纹扩展规律的影响
3.3.1 方解石脉到切口的距离
3.3.2 方解石脉与切口的夹角
3.4 裂纹相互作用模式与参数讨论
第4章 流体对花岗岩裂纹扩展规律影响
4.1 岩石实验及DEM模型参数校正
4.1.1 试样制备与实验流程
4.1.2 参数校正与模型设置
4.2 结果分析
4.2.1 花岗岩断裂韧度与浸水时长的关系
4.2.2 浸泡液离子浓度的变化
4.3 弱化机理
第5章 结论
参考文献
致谢
在学期间发表的学术论文及研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]长宁—威远页岩气示范区套管变形机理及对策[J]. 陈朝伟,石林,项德贵. 天然气工业. 2016(11)
[2]美国Marcellus页岩与中国南方龙马溪组页岩地质特征对比及启示[J]. 颜彩娜,金之钧,赵建华,杜伟,聂海宽. 地质科技情报. 2016(06)
[3]水力劈裂楔劈效应试验研究[J]. 袁俊平,王启贵. 岩土力学. 2015(12)
[4]页岩气开采压裂技术分析与思考[J]. 石晓闪,刘大安,崔振东,孙波,唐铁吾. 天然气勘探与开发. 2015(03)
[5]水岩相互作用分析方法研究进展[J]. 贾文飞,高柏,李鸣晓,李娟. 广东化工. 2015(09)
[6]评价页岩压裂形成缝网能力的新方法[J]. 郭天魁,张士诚,葛洪魁. 岩土力学. 2013(04)
[7]美国阿巴拉挈亚盆地Marcellus页岩气研究[J]. 马华,田向阳,杨敏. 辽宁化工. 2013(01)
[8]裂缝在非均匀岩层内扩展机理研究[J]. 王素玲,张一鸣,姜民政,李杨. 力学与实践. 2012(06)
[9]含气页岩破坏模式及力学特性的试验研究[J]. 李庆辉,陈勉,金衍. 岩石力学与工程学报. 2012(S2)
[10]北山花岗岩S型/I型空间变化规律及含矿性[J]. 杨合群,李英,李文明,杨建国,赵国斌,王小红. 地球学报. 2009(05)
硕士论文
[1]下扬子地区构造变形特征及页岩气保存条件分析[D]. 张涛.南京大学 2014
本文编号：3165872
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