涪陵地区页岩力学性质与破裂机制研究

发布时间：2022-01-27 03:14

　　中国川渝地区五峰组—龙马溪组页岩气储量丰富,7年来取得了跨越式发展,基本实现了页岩气的工业化生产（如威远、长宁、涪陵的页岩气田）。但与北美页岩储层的地质特征相比,中国页岩气储层埋藏深、地质构造挤压作用显著,部分页岩储层水力压裂施工表现出破裂压力高,支撑剂运移困难的特点。本文以重庆涪陵地区页岩气开发为研究背景,就层理页岩力学性质描述、页岩储层起裂压力预测、近井筒水力裂缝形态以及层理面对水力裂缝垂向扩展的影响等几个问题进行了研究,以期为页岩高效开发提供参考。本文主要进行了以下几方面的工作:（1）针对页岩结构非连续性和力学各向异性特征,建立基于离散裂缝建模方法的连续损伤模型。采用页岩岩心进行岩石力学实验,研究层理方向和围压等因素对页岩岩石力学性质的影响规律,优选出双曲线型Drucker-Prager模型兼顾对岩石拉伸和压缩条件下强度的预测。为模拟页岩变形、破坏和强度特征引入损伤变量参数,作为应力加载条件下控制岩石单元刚度、强度演化的重要参数。根据层理页岩的结构特征决定采用离散裂缝模型建模方法对页岩的层理和基体进行描述,将初始损伤变量作为区分材料力学性质和物性非连续程度的重要参数,实现对页岩非... 

【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市211工程院校教育部直属院校

【文章页数】：116 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

中国西南部地区龙马溪组页岩露头Fig.1.1LongmaxishaleoutcropfoundedinsouthwestofChina

所示为页岩露头照片。页岩结构非连续性导致了其力学性质的各向异性。页岩常规三轴压缩实验结果表明页岩强度除了受围压影响，还与加载方向和层理弱面的夹角有关（图1.2和图1.3），与常规各向同性岩石的性质存在显著差异[2]。因而在分析页岩储层井筒周围应力状态时，传统方法中的线弹性各项同性假设已明显不再适用。为建立能够合理描述各向异性材料的变形特征，前人进行了大量实验和理论研究。对于页岩一般将其简化为横观各向同性材料，常用方法有两种：1.建立唯象本构模型描述岩石中微裂纹对力学性质的影响，例如正交各向异性弹塑性模型，以此模拟材料的宏观变形特征；2.在模型中植入弥散裂缝或黏聚性裂缝模拟弱面，或者在模型中建立接?

模型进行改进，采用等效应力方法在模型中引入了页岩弹性各向异性，建立描述页岩变形特征的唯象本构模型，同时还能模拟页岩破坏后的强度弱化过程。图1.5为改进的Cam Clay模型模拟的峰后剪切带[9]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]横观各向同性土强度与破坏准则的研究[J]. 姚仰平,孔玉侠.  水利学报. 2012(01)
[2]单轴压缩下横观各向同性岩石破裂过程的数值模拟[J]. 梁正召,唐春安,李厚祥,徐涛,杨天鸿.  岩土力学. 2005(01)
[3]岩土材料固有各向异性的模拟[J]. 余天堂.  岩石力学与工程学报. 2004(10)
[4]岩土材料弹塑性正交异性损伤耦合本构理论[J]. 沈新普,泽农·慕容子,徐秉业.  应用数学和力学. 2001(09)
[5]岩石破裂过程渗流与应力耦合分析[J]. 杨天鸿,唐春安,朱万成,冯启言.  岩土工程学报. 2001(04)
[6]岩石全应力-应变过程渗透性试验研究[J]. 姜振泉,季梁军.  岩土工程学报. 2001(02)
[7]软煤样渗透特性的电液伺服试验研究[J]. 李树刚,徐精彩.  岩土工程学报. 2001(01)
[8]全应力应变过程中碳酸盐岩渗透性研究[J]. 韩宝平,冯启言,于礼山,毛琼,李炉明,张洪茂.  工程地质学报. 2000(01)
[9]岩石全应力应变过程对应的渗透率－应变方程[J]. 李世平,李玉寿,吴振业.  岩土工程学报. 1995(02)
[10]横观各向同性体的弹性力学的空间问题[J]. 胡海昌.  物理学报. 1953(02)

博士论文
[1]岩石破裂过程渗透性质及其与应力耦合作用研究[D]. 杨天鸿.东北大学 2001



本文编号：3611648