页岩各向异性力学行为及其对井眼稳定性影响规律的研究
发布时间：2021-02-12 14:19
长期以来,我国能源对外依存度较高,非常规油气资源对优化能源结构、保障能源安全有重大意义。页岩气由于其清洁和储量大的特点,近年来得到了广泛关注。目前已探明的页岩气富集区普遍存在地质构造复杂、埋藏深等不利因素,加之其层理结构所带来的力学各向异性,给页岩压裂和页岩气运移带来挑战。页岩气的安全、经济和高效开发有赖于充分掌握页岩在深部环境下的力学特性其对工程稳定性的影响规律。为此,本文结合室内试验和数值模拟手段,研究了层理倾角对页岩力学特性和井眼稳定性的影响规律。主要研究工作如下:（1）采用江西露头页岩岩块,制备了用于室内岩石力学试验的页岩圆柱和巴西圆盘试样,开展了常规三轴压缩和巴西劈裂试验。基于试验结果,研究了不同层理倾角页岩在压缩和拉伸两种荷载作用的变形和强度特性。结合声发射和数字散斑应变监测系统,分析了页岩受载破坏过程和破坏模式。（2）针对隧洞开挖等工程背景,设计了两种不同应力路径的页岩卸围压试验,获得了不同层理倾角页岩试样在卸围压条件下的应力、应变演化特征,研究了页岩强度和破坏模式在不同卸围压工况的变化规律。（3）采用颗粒流数值模拟软件,建立了能够表征层理的页岩数值模型试样。通过参数敏感...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
页岩气增储技术的应用[6]
针对我国的页岩气储层地质特点，从深部和各向异性两个重点入手研究其岩石力学特性，对突破我国深部页岩气开采关键技术具有重要意义。而目前相关研究还不深入，大多都停留在基础层面，难以与工程实践挂钩，这在一定程度上是由于研究手段过于单一所致。在计算机技术快速发展的今天，数值模拟逐渐成为一项有力的研究手段，与理论分析和试验研究相比，数值模拟的优势在于直观、高效，能够在细观层面分析页岩从加载到破坏全程的裂纹演化过程。在获得足够的页岩各向异性参数的基础上，通过计算机建模，来模拟真实工程尺度的井壁失稳问题，也将比室内实验更加经济、便捷。综上所述，将试验与数值模拟手段相结合，系统性研究页岩的各向异性和由此造成的对水平井稳定性的影响，对提升我国深部页岩气开发能力、降低能源对外依存度、保障能源安全等方面具有十分重要的现实意义。1.2 国内外研究现状（Research status at home and abroad）图 1-1 页岩气增储技术的应用[6]Fig.1-1 Application of shale gas reservoirenhancement technology图 1-2 各向异性地层中的井眼破坏[13]Fig.1-2 Borehole breakout in anisotropicformation
1 绪论1-4（a）），模拟了具有层理特征的岩石材料，并通过大量数值试验，分析了不同细观参数对试样宏观力学行为的影响规律。Chong 等[94]利用光滑节理接触模型模拟了岩石的力学各向异性（图 1-4（b）），并通过赋予不同的细观参数从而构建了脆性和非脆性矿物颗粒，从而模拟了页岩的巴西劈裂试验，所得到的强度和破裂模式能够与室内试验结果良好吻合，说明 PFC 软件在模拟页岩的力学特性时具有一定优势。脆性基质
【参考文献】：
期刊论文
[1]脆性各向异性岩石破坏过程数值模拟[J]. 姚池,何忱,蒋水华,杨建华,姜清辉. 工程力学. 2019(02)
[2]复合岩层变形及强度特性卸围压试验研究[J]. 程建龙,杨圣奇,殷鹏飞,刘相如. 中国矿业大学学报. 2018(06)
[3]煤样三轴卸荷破坏的能量演化特征试验分析[J]. 杨永杰,马德鹏. 采矿与安全工程学报. 2018(06)
[4]三轴卸围压条件下砂岩声发射统计特征[J]. 潘孝康,陈结,姜德义,谢凯楠,宋中强,潘鹏志,蒋翔. 煤炭学报. 2018(10)
[5]多围压脆岩压缩破坏特征及裂纹扩展规律[J]. 马文强,王同旭. 岩石力学与工程学报. 2018(04)
[6]三轴循环荷载作用下页岩能量演化规律及强度失效判据研究[J]. 李子运,吴光,黄天柱,刘洋. 岩石力学与工程学报. 2018(03)
[7]均质度对层理页岩破坏过程声发射影响的数值模拟[J]. 杨志,刘同成,郝亮亮,闫小青. 南昌大学学报(工科版). 2017(02)
[8]页岩气高效开采的力学问题与挑战[J]. 柳占立,庄茁,孟庆国,詹世革,黄克智. 力学学报. 2017(03)
[9]中间主应力与层理方向对页岩力学和渗透特性影响的试验研究[J]. 蒋长宝,陈昱霏,尹光志,刘超,段敏克. 岩石力学与工程学报. 2017(07)
[10]四川盆地焦石坝区块深部页岩力学特性试验研究[J]. 汪虎,郭印同,张萍,王磊,侯振坤. 工程地质学报. 2016(05)
本文编号：3030991
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
页岩气增储技术的应用[6]
针对我国的页岩气储层地质特点，从深部和各向异性两个重点入手研究其岩石力学特性，对突破我国深部页岩气开采关键技术具有重要意义。而目前相关研究还不深入，大多都停留在基础层面，难以与工程实践挂钩，这在一定程度上是由于研究手段过于单一所致。在计算机技术快速发展的今天，数值模拟逐渐成为一项有力的研究手段，与理论分析和试验研究相比，数值模拟的优势在于直观、高效，能够在细观层面分析页岩从加载到破坏全程的裂纹演化过程。在获得足够的页岩各向异性参数的基础上，通过计算机建模，来模拟真实工程尺度的井壁失稳问题，也将比室内实验更加经济、便捷。综上所述，将试验与数值模拟手段相结合，系统性研究页岩的各向异性和由此造成的对水平井稳定性的影响，对提升我国深部页岩气开发能力、降低能源对外依存度、保障能源安全等方面具有十分重要的现实意义。1.2 国内外研究现状（Research status at home and abroad）图 1-1 页岩气增储技术的应用[6]Fig.1-1 Application of shale gas reservoirenhancement technology图 1-2 各向异性地层中的井眼破坏[13]Fig.1-2 Borehole breakout in anisotropicformation
1 绪论1-4（a）），模拟了具有层理特征的岩石材料，并通过大量数值试验，分析了不同细观参数对试样宏观力学行为的影响规律。Chong 等[94]利用光滑节理接触模型模拟了岩石的力学各向异性（图 1-4（b）），并通过赋予不同的细观参数从而构建了脆性和非脆性矿物颗粒，从而模拟了页岩的巴西劈裂试验，所得到的强度和破裂模式能够与室内试验结果良好吻合，说明 PFC 软件在模拟页岩的力学特性时具有一定优势。脆性基质
【参考文献】：
期刊论文
[1]脆性各向异性岩石破坏过程数值模拟[J]. 姚池,何忱,蒋水华,杨建华,姜清辉. 工程力学. 2019(02)
[2]复合岩层变形及强度特性卸围压试验研究[J]. 程建龙,杨圣奇,殷鹏飞,刘相如. 中国矿业大学学报. 2018(06)
[3]煤样三轴卸荷破坏的能量演化特征试验分析[J]. 杨永杰,马德鹏. 采矿与安全工程学报. 2018(06)
[4]三轴卸围压条件下砂岩声发射统计特征[J]. 潘孝康,陈结,姜德义,谢凯楠,宋中强,潘鹏志,蒋翔. 煤炭学报. 2018(10)
[5]多围压脆岩压缩破坏特征及裂纹扩展规律[J]. 马文强,王同旭. 岩石力学与工程学报. 2018(04)
[6]三轴循环荷载作用下页岩能量演化规律及强度失效判据研究[J]. 李子运,吴光,黄天柱,刘洋. 岩石力学与工程学报. 2018(03)
[7]均质度对层理页岩破坏过程声发射影响的数值模拟[J]. 杨志,刘同成,郝亮亮,闫小青. 南昌大学学报(工科版). 2017(02)
[8]页岩气高效开采的力学问题与挑战[J]. 柳占立,庄茁,孟庆国,詹世革,黄克智. 力学学报. 2017(03)
[9]中间主应力与层理方向对页岩力学和渗透特性影响的试验研究[J]. 蒋长宝,陈昱霏,尹光志,刘超,段敏克. 岩石力学与工程学报. 2017(07)
[10]四川盆地焦石坝区块深部页岩力学特性试验研究[J]. 汪虎,郭印同,张萍,王磊,侯振坤. 工程地质学报. 2016(05)
本文编号：3030991
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