煤层脉动压裂应力与损伤演化规律研究

发布时间：2020-04-01 03:55

【摘要】：煤层脉动压裂技术的核心是在周期性变化的脉动压力作用下,通过脉动应力波的反射、叠加和能量聚积效应在煤层内部产生扰动应力,一方面使煤岩损伤强度降低,另一方面当扰动应力达到煤岩相应强度极限后使煤岩发生破裂产生裂缝。然而,目前国内外学者对煤层脉动压裂的研究大多集中于通过实验确定脉动条件下裂缝延伸的临界压力,并分析不同脉动应力波参数和煤岩力学性质对裂缝起裂延伸力学条件的影响,但对煤层脉动压裂井眼起裂和裂缝扩展扰动应力场的数值模拟和煤岩损伤演化规律的研究还十分有限。本文首先开展了煤岩力学参数测试,获取了抗拉强度、抗剪切强度和三轴抗压强度等关键力学参数,为理论和数值模拟研究提供了基础数据;依据线弹性叠加理论,将初始地应力场与脉动应力场叠加,建立了脉动压裂煤层扰动应力场数值计算模型;通过对数值模型求解分析了脉动参数、地应力条件和煤岩参数对井眼起裂应力场的影响,研究了脉动参数、裂缝长度以及裂缝与水平最大主应力方向夹角对裂缝扩展应力场的影响。基于脉动压裂岩石应力-应变曲线滞回环所反映的能量演化特征,建立了全新的描述脉动压裂过程中岩石损伤演化的计算模型,并应用实验数据对模型进行了验证。研究表明对于特定压裂煤层,脉动应力水平一定时,提高脉动频率,有利于加速煤岩损伤,降低煤岩强度;脉动频率一定时,脉动应力水平对累积损伤有显著影响,衡量损伤的耗散能占总能量的比例随应力水平增加而增加时,累积损伤变量随脉动应力水平的增加而增大。论文建立了煤层脉动压裂扰动应力场数值计算模型,计算分析了脉动载荷下井眼最大周向应力和裂缝尖端最大拉应力的变化规律;推导了脉动循环载荷下的岩石损伤演化模型,揭示了脉动压裂煤损伤演化规律,为煤层脉动压裂施工方案设计提供了理论依据。
【图文】：

图 1.1 技术路线论研究、数值模拟和室内实验相结合的方法，通过理论研究和数值模拟提供基础数据；通过理论研究算模型和损伤演化模型，并分析了脉动应力水平与；通过数值模拟分析不同参数对扰动应力场的影响

取样煤岩
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD313

【参考文献】

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本文编号：2609970