脆性岩石水压致裂过程数值模型研究

发布时间：2020-11-02 06:46

　　 水压致裂工艺广泛应用于石油天然气增产、煤层气开采、地应力测量等工程领域。水压致裂过程涉及渗流、应力、变形、损伤、微裂隙萌生和扩展等复杂的物理过程,是岩石力学研究领域的热点和难点问题。本文以改进刚体弹簧方法为基础,结合等效离散裂隙网络模型,提出了二维岩石水压致裂模拟方法,并对厚壁圆筒进行了水压致裂的数值模拟。本文主要工作如下:(1)以随机均布Voronoi网格为基础,提出了等效离散裂隙网络,用于孔隙介质稳定非稳定渗流模拟,并建立了细观渗流参数和宏观渗流参数的转换方法。通过与一维非稳定渗流解析解的对比,验证了等效离散裂隙网络模型的适用性。(2)基于biot理论,建立了水压和力学响应耦合算法,并推导了弹性条件下厚壁圆筒水力耦合解析公式,通过与已知的弹性理论得到的解析解对比,以及与数值解的对比,验证了本文推导出的解析理论和提出的数值模型的准确性。(3)结合改进刚体弹簧方法和等效离散裂隙网络模型,提出了一种新的脆性岩石水压致裂过程离散介质力学模型,重点研究了Biot系数对水压致裂过程的影响。研究表明,Biot系数作为反映水力耦合效应的重要参数,对水压致裂过程中的位移和破坏强度有显著影响,Biot系数越大,所需的压裂压力越小。(4)进一步将提出的模型进行拓展,探讨了围压和非稳定渗流对脆性岩石水压致裂过程的影响。研究表明,在非稳定渗流框架下,瞬态流动的影响是突出的。非稳定流动状态下的内部流体峰值压力明显小于稳定渗流状态下的峰值内水压力。
【学位单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TE377
【部分图文】：

Pa1MPa Pa 0.1 MPa0.0 0.5 1.0 819 4.12 Biot Pa Pb 4.13 4-6E/GPa B/MPa-1C/MPa T/MPa50 0.1 0.19 92 6.64
【参考文献】

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本文编号：2866711