煤岩力学性质的离散元数值模拟及应用探讨

发布时间：2017-04-03 20:11

  本文关键词：煤岩力学性质的离散元数值模拟及应用探讨，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤岩气藏具有开发深度浅、勘探风险小、投资少、见效快的特点，已成为非常规油气藏开发中最为活跃的领域之一。由于煤层气单井产能低，单井必须压裂才能见产，因此掌握煤岩的岩石力学性质，是煤层气开发领域的一大基础理论。 本文应用基于应用岩石力学、应用数学，计算机模拟基础上，研究了考虑煤岩割理、层理、煤岩埋藏条件等对煤岩力学性质的影响。由于离散元法适用于不连续岩体的应力分析，在对煤岩体结构特征详细分析后，建立了理想煤岩体结构模型。在对煤岩体试件的室内单轴、三轴压缩试验结果基础上，进行相应的离散元数值拟合试验，获得煤岩力学细观参数，实现对煤岩力学性质的确定；再进行不同参数对煤岩体力学性质的研究，综合分析煤岩的力学性质。 本文主要研究成果： （1）在大量国内外文献调研的基础上，对煤岩储层特征、构造特征、力学特征、离散元数值模拟方法进行了系统深入地分析研究，为煤岩力学性质的离散元模拟研究奠定了基础。 （2）对煤岩试件进行CT扫描，获得煤岩割理层理特征；对煤岩体试件进行室内单轴、三轴压缩试验，以获得煤岩强度及变形特征参数为依托，分析煤岩体力学特征，为煤岩离散元数值模拟奠定基础。 （3）文章研究离散元微观颗粒材料的生成过程，模拟煤岩巴西劈裂试验模型和拟三维压缩条件下的力学性状，将煤岩体微细观结构与宏观力学反应紧密地联系起来。 （4）进行不同参数对煤岩力学性质的影响研究分析。分析了不同摩擦系数、加载速率、颗粒大小、围压的数值试验等因素对煤岩岩石力学的影响。从破坏形态、裂纹空间形态和位置方面定性分析了它们对煤岩试件破坏形态和力学特征的影响。
【关键词】：煤岩储层 力学性质 离散元 颗粒流 数值模拟
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P618.11;TD315
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 第1章 前言9-16
• 1.1 问题的提出及研究的意义9-10
• 1.2 国内外的研究现状10-14
• 1.2.1 国内外煤岩储层力学性质研究10-11
• 1.2.2 颗粒离散元法的研究进展11-13
• 1.2.3 离散元颗粒流方法的应用13-14
• 1.3 主要研究内容和技术路线14-15
• 1.3.1 主要研究内容14
• 1.3.2 研究的技术路线14-15
• 1.4 论文主要成果15-16
• 第2章 煤储层特征评价分析16-38
• 2.1 煤储层孔隙结构特征16-28
• 2.1.1 煤岩基质孔隙特征18-22
• 2.1.2 煤岩割理裂隙特征22-26
• 2.1.3 煤层渗透性26-27
• 2.1.4 煤层饱和度27-28
• 2.2 煤储层割理特征描述28-32
• 2.2.1 割理的类型29-30
• 2.2.2 割理的评价30-31
• 2.2.3 影响割理发育程度的因素31-32
• 2.3 割理 CT 扫描研究分析32-38
• 2.3.1 CT 扫描仪简介32-33
• 2.3.2 割理 CT 扫描结果33-38
• 第3章 煤岩基本力学性质测试分析38-46
• 3.1 煤层基本力学参数38-40
• 3.2 单轴、三轴压缩条件下煤岩力学性质特征分析40-46
• 3.2.1 煤岩单轴岩石力学性质测试40-43
• 3.2.2 煤岩三轴岩石力学性质测试43-46
• 第4章 离散元法介绍46-57
• 4.1 软件简介46-51
• 4.1.1 离散元的基本特点和求解步骤47-49
• 4.1.2 离散元模型的基本假定和单元计算的基本思路49-50
• 4.1.3 离散元与传统的数值方法比较50-51
• 4.2 离散元法的基本原理51-57
• 4.2.1 力与位移关系51-53
• 4.2.2 运动法则53-54
• 4.2.3 接触本构关系54-57
• 第5章 煤岩物理力学性质的离散元数值模拟57-77
• 5.1 离散元数值模拟煤岩颗粒的生成57-62
• 5.1.1 建模理论依据57-58
• 5.1.2 模拟煤岩参数的选择58-59
• 5.1.3 颗粒材料的生成过程59-62
• 5.2 煤岩巴西劈裂的离散元模拟62-65
• 5.2.1 巴西试验模拟模型的建立62-63
• 5.2.2 巴西劈裂的模拟结果63-65
• 5.3 煤岩拟三维压缩试验的离散元模拟65-68
• 5.3.1 拟三维压缩试验模型的建立65-67
• 5.3.2 拟三维压缩试验的模拟结果67-68
• 5.4 不同参数对煤岩力学性质的影响研究68-75
• 5.4.1 不同摩擦系数的影响68-70
• 5.4.2 不同加载速率的影响70-71
• 5.4.3 不同颗粒大小的影响71-73
• 5.4.4 不同围压的影响73-75
• 5.5 使用离散元方法模拟煤岩力学特性的应用探讨75-77
• 结论及建议77-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-83
• 攻读学位期间取得学术成果83

【参考文献】

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本文编号：284908