含有结构面干热岩井筒变形破坏规律模拟分析
发布时间：2023-04-10 22:55
我国干热岩资源储量丰富,且干热岩能源比太阳能、风能等更稳定,对环境影响较小,干热岩清洁能源发电是未来能源革命的趋势。而干热岩大多赋存于高温高压、结构面发育地层中,岩体的物理力学性质在多物理场耦合作用下发生了变化,造成了钻井过程中井壁容易失稳,同时也增加了在多物理场耦合作用下维持干热岩井壁稳定的难度,因此研究在多物理场耦合作用下含结构面干热岩井壁稳定性具有重要的理论和工程意义。为了更好地开发干热岩,本文以建设国家干热岩开发示范基地为契点,结合各个干热岩靶区勘查成果获得的地质资料,对干热岩物理力学性质进行表征,进而构建地质模型,基于传热学、弹塑性力学和岩石力学理论,建立热弹塑性和热粘弹性热力学耦合方程,相应地分别采用Mohr-Coulomb(M-C)和Drucker-Prager(D-P)强度准则,运用COMSOL软件进行三维数值模拟,研究钻井过程中,在不同温度、最大水平应力、井径、结构面厚度、结构面倾角、裂隙条数等因素影响下的干热岩井筒变形破坏规律,进而确定干热岩井筒围岩损伤破坏区域。(1)分析干热岩地质结构特征及物理力学特性,得到如下结论:1)干热岩大多位于隆起断裂、沉降盆地和岩浆活动...
【文章页数】：167 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 干热岩钻井工程现状
1.2.2 高温高压井筒变形破坏研究方法
1.2.3 高温高压下井筒变形破坏规律
1.3 研究存在的问题
1.4 研究内容和技术路线
1.4.1 研究内容
1.4.2 技术路线
第二章 干热岩地质结构分析及物理力学特性
2.1 干热岩的地质结构
2.1.1 干热岩的成因类型
2.1.2 干热岩的地质构造
2.2 结构面地质模型的建立
2.2.1 结构面的识别
2.2.2 结构面的测量要素
2.2.3 干热岩结构面的表征
2.2.4 室内试验地质模型构建
2.3 干热岩的物理力学特性
2.3.1 物理特性
2.3.2 力学特性
2.4 本章小结
第三章 基于热弹塑性理论的含结构面井筒变形破坏规律的数值试验研究
3.1 热力耦合作用下井筒弹塑性变形分析理论
3.1.1 井筒热弹性受力分析
3.1.2 岩石的强度准则
3.1.3 含结构面岩石强度准则
3.1.4 坍塌压力
3.1.5 损伤区域的判定准则
3.2 基于COMSOL多场耦合的数值试验方法
3.2.1 COMSOL软件简介
3.2.2 物理模型的建立与有限元网格剖分
3.2.3 岩体和结构面物理力学参数
3.2.4 边界条件
3.2.5 数值试验方案设计
3.2.6 监测线的布置
3.3 不同条件下含结构面干热岩钻孔变形规律分析
3.3.1 不同温度下钻孔变形规律
3.3.2 不同应力状态下钻孔变形规律
3.3.3 不同井径下钻孔变形规律
3.3.4 不同结构面厚度下钻孔变形规律
3.3.5 不同结构面倾角下钻孔变形规律
3.3.6 裂隙条数对钻孔变形的影响规律
3.4 本章小结
第四章 基于热粘弹性理论的含结构面井筒变形破坏规律数值试验研究
4.1 热力耦合作用下井筒粘弹性变形分析理论
4.1.1 井筒热粘弹性力学模型
4.1.2 岩石强度准则
4.1.3 损伤区域判定准则
4.2 基于COMSOL多场耦合的数值试验方法
4.2.1 物理模型的建立与有限元网格剖分
4.2.2 岩体和结构面物理力学参数
4.2.3 边界条件
4.2.4 数值试验方案设计
4.2.5 监测线的布置
4.3 不同条件下含结构面干热岩钻孔变形规律分析
4.3.1 不同温度下钻孔变形规律
4.3.2 不同应力状态下钻孔变形规律
4.3.3 不同井径下钻孔变形规律
4.3.4 不同结构面厚度下钻孔变形规律
4.3.5 不同结构面倾角下钻孔变形规律
4.3.6 裂隙条数对钻孔变形的影响规律
4.4 本章小结
第五章 热力耦合作用下含结构面干热岩井筒围岩损伤破坏研究
5.1 不同温度下钻孔围岩损伤区域分布
5.1.1 损伤区域
5.1.2 损伤半径
5.1.3 损伤体积比
5.2 不同应力水平下钻孔围岩损伤区域分布
5.2.1 损伤区域
5.2.2 损伤半径
5.2.3 损伤体积比
5.3 不同井径下钻孔围岩损伤区域分布
5.3.1 损伤区域
5.3.2 损伤半径
5.3.3 损伤体积比
5.4 不同结构面厚度下钻孔围岩损伤区域分布
5.4.1 损伤区域
5.4.2 损伤半径
5.4.3 损伤体积比
5.5 不同结构面倾角下钻孔围岩损伤区域分布
5.5.1 损伤区域
5.5.2 损伤半径
5.5.3 损伤体积比
5.6 不同裂隙条数下钻孔围岩损伤区域分布
5.6.1 损伤区域
5.6.2 损伤半径
5.6.3 损伤体积比
5.7 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 论文结论
6.2 论文不足与展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的学术成果
本文编号：3788878
【文章页数】：167 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 干热岩钻井工程现状
1.2.2 高温高压井筒变形破坏研究方法
1.2.3 高温高压下井筒变形破坏规律
1.3 研究存在的问题
1.4 研究内容和技术路线
1.4.1 研究内容
1.4.2 技术路线
第二章 干热岩地质结构分析及物理力学特性
2.1 干热岩的地质结构
2.1.1 干热岩的成因类型
2.1.2 干热岩的地质构造
2.2 结构面地质模型的建立
2.2.1 结构面的识别
2.2.2 结构面的测量要素
2.2.3 干热岩结构面的表征
2.2.4 室内试验地质模型构建
2.3 干热岩的物理力学特性
2.3.1 物理特性
2.3.2 力学特性
2.4 本章小结
第三章 基于热弹塑性理论的含结构面井筒变形破坏规律的数值试验研究
3.1 热力耦合作用下井筒弹塑性变形分析理论
3.1.1 井筒热弹性受力分析
3.1.2 岩石的强度准则
3.1.3 含结构面岩石强度准则
3.1.4 坍塌压力
3.1.5 损伤区域的判定准则
3.2 基于COMSOL多场耦合的数值试验方法
3.2.1 COMSOL软件简介
3.2.2 物理模型的建立与有限元网格剖分
3.2.3 岩体和结构面物理力学参数
3.2.4 边界条件
3.2.5 数值试验方案设计
3.2.6 监测线的布置
3.3 不同条件下含结构面干热岩钻孔变形规律分析
3.3.1 不同温度下钻孔变形规律
3.3.2 不同应力状态下钻孔变形规律
3.3.3 不同井径下钻孔变形规律
3.3.4 不同结构面厚度下钻孔变形规律
3.3.5 不同结构面倾角下钻孔变形规律
3.3.6 裂隙条数对钻孔变形的影响规律
3.4 本章小结
第四章 基于热粘弹性理论的含结构面井筒变形破坏规律数值试验研究
4.1 热力耦合作用下井筒粘弹性变形分析理论
4.1.1 井筒热粘弹性力学模型
4.1.2 岩石强度准则
4.1.3 损伤区域判定准则
4.2 基于COMSOL多场耦合的数值试验方法
4.2.1 物理模型的建立与有限元网格剖分
4.2.2 岩体和结构面物理力学参数
4.2.3 边界条件
4.2.4 数值试验方案设计
4.2.5 监测线的布置
4.3 不同条件下含结构面干热岩钻孔变形规律分析
4.3.1 不同温度下钻孔变形规律
4.3.2 不同应力状态下钻孔变形规律
4.3.3 不同井径下钻孔变形规律
4.3.4 不同结构面厚度下钻孔变形规律
4.3.5 不同结构面倾角下钻孔变形规律
4.3.6 裂隙条数对钻孔变形的影响规律
4.4 本章小结
第五章 热力耦合作用下含结构面干热岩井筒围岩损伤破坏研究
5.1 不同温度下钻孔围岩损伤区域分布
5.1.1 损伤区域
5.1.2 损伤半径
5.1.3 损伤体积比
5.2 不同应力水平下钻孔围岩损伤区域分布
5.2.1 损伤区域
5.2.2 损伤半径
5.2.3 损伤体积比
5.3 不同井径下钻孔围岩损伤区域分布
5.3.1 损伤区域
5.3.2 损伤半径
5.3.3 损伤体积比
5.4 不同结构面厚度下钻孔围岩损伤区域分布
5.4.1 损伤区域
5.4.2 损伤半径
5.4.3 损伤体积比
5.5 不同结构面倾角下钻孔围岩损伤区域分布
5.5.1 损伤区域
5.5.2 损伤半径
5.5.3 损伤体积比
5.6 不同裂隙条数下钻孔围岩损伤区域分布
5.6.1 损伤区域
5.6.2 损伤半径
5.6.3 损伤体积比
5.7 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 论文结论
6.2 论文不足与展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的学术成果
本文编号：3788878
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/kuangye/3788878.html
