含预制裂纹横观各向同性页岩的巴西劈裂实验研究

发布时间：2020-04-13 15:29

【摘要】：四川盆地边缘渝东南地区油气藏主要为泥页岩,作为我国重点勘探开发的页岩气藏地区之一,其盖层连续性好,发育程度高,一旦开采技术成熟后可高效地采出页岩气,为缓解我国天然气短缺提供有力保障。但由于页岩气勘探与开采过程中对于页岩的力学性质不甚了解,特别是对其横观各向同性理论还需完善,从而导致页岩气开采过程中水力压裂优化问题和井壁失稳问题突出,页岩气不能大规模高效采出。因此,研究渝东南地区页岩的力学性质,可以为页岩气高效开采提供必要的理论支撑。本文针对页岩的横观各向同性,利用物理力学实验,理论分析以及有限元法数值计算相结合的方法,对不同层理角度下含预制裂纹横观各向同性页岩的巴西劈裂力学性质进行研究,主要内容如下:(1)对不同层理角度横观各向同性页岩的巴西劈裂实验,利用高速摄像机以及声发射监测等手段,对页岩试件加载全过程进行监测。通过对实验结果进行分析,得出层理角度对横观各向同性页岩巴西劈裂力学性质的影响,并结合横观各向同性体本构理论,计算出横观各向同性页岩的弹性参数E、v、E?、v?和G?的值。(2)利用高速摄像以及声发射监测等方法,通过对不同层理角度下含预制裂纹的巴西圆盘进行实验,根据实验所得到的载荷—位移特性、声发射监测和高速摄像监测结果,分析了在层理面和预制裂纹共同作用下横观各向同性页岩巴西劈裂的力学性质、裂纹扩展形态以及试件破坏模式,得出当层理角度α和预制裂纹角度β相等且分别等于30°、45°和60°以及α=0°,β=90°和α=90°,β=0°时,试件峰值载荷下降十分明显,基本处于所有试件峰值载荷结果中的较低水平。(3)结合页岩巴西劈裂实验和含预制裂纹页岩巴西劈裂的实验结果,对比分析了预制裂纹对横观各向同性页岩巴西劈裂力学性质的影响,得出预制裂纹严重削弱巴西圆盘试件的强度,同时预制裂纹也影响巴西劈裂圆盘试件的裂纹扩展形态和最终破坏模式,即当β=30°且0°≤α60°时,和30°β≤90°时,相较于层理面,预制裂纹是页岩巴西劈裂力学性质的主要影响因素,对巴西圆盘破坏起主导作用;当β=0°时,预制裂纹主要影响的是圆盘试件强度,对圆盘试件破坏模式影响较小。(4)运用ABAQUS有限元软件,以实验测得的弹性参数为基础,建立了不同层理和预制裂纹组合下的巴西劈裂数值模型,计算结果显示裂纹扩展及最终破坏形态与实验结果较为一致,表明采用ABAQUS有限元软件进行横观各向同性页岩力学性质研究的可行性。此外,通过对试件上应力分布变化分析可知裂纹扩展过程为:裂纹尖端处首先形成应力集中,在达到最大临界主应力后,裂纹开始起裂,此后,裂纹沿垂直于最大主应力的方向扩展。
【图文】：

圆盘,试件,页岩,横观各向同性

（e）CSTBD 试件（f）HCFBD 试件图 1.1 五种不同形状的圆盘试件Fig1.1 Five disc specimens of different shapes标和技术路线标预制裂纹和层理弱面共同作用对页岩物理力学性质的纹角度和层理角度的横观各向同性页岩巴西劈裂实验变测试系统、声发射系统和高速摄像系统，，研究预制裂向同性力学性质的影响，观测并分析不同预制裂纹角性页岩破坏的裂纹扩展过程以及页岩破坏产生的声发线理面与水平夹角 α的页岩圆盘进行横观各向同性页岩5°和 90°，采用巴西劈裂法计算横观各向同性页岩弹性。

流程图,技术路线,巴西实验,流程图

技术路线流程图
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE311

【参考文献】