层理页岩水/气压裂破裂机理与损伤演化规律研究

发布时间：2023-04-22 16:57

　　采用氮气、CO₂等气体代替水进行页岩气储层压裂改造,可以减少水资源浪费,提高压裂液返排率,消除水锁和贾敏效应,降低环境污染,对提高油气采收率和生态环境保护具有重要意义。然而由于水和气体的密度、压缩性及粘度等物理特性差异显著,且页岩中层理结构较为发育,使得页岩的断裂破坏、流体渗透及破裂损伤等过程异常复杂。为了进一步揭示层理页岩水/气压裂破裂机理与损伤演化规律,本文采用实验室试验、理论分析和数值模拟等方法,围绕层理页岩断裂破坏各向异性特征、渗透边界移动规律、破裂压力与渗透面积演化规律、水/气压裂损伤演化差异等内容进行了系统的研究,取得的主要成果如下:(1)揭示了层理页岩断裂过程中力学参数、能量演化、裂纹起裂和扩展的各向异性特征。针对不同层理倾角页岩试样开展了三点弯曲试验,研究了层理页岩加载曲线、抗拉强度、断裂韧度、声发射特征、弯曲弹性模量、断裂能、裂纹起裂扩展及断裂形态等随层理倾角的演化规律,分别阐明了层理页岩抗拉强度与断裂韧度之间以及弯曲弹性模量与断裂能之间的相互关系。该研究结果为层理页岩参数选取提供了数据参考。(2)建立了各向异性流-固-移动边界耦合模型,揭示了层...

【文章页数】：185 页

【学位级别】：博士

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致谢
摘要
abstract
变量注释表
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状及不足
    1.3 研究内容与创新点
    1.4 研究方法和技术路线
2 三点弯曲作用下层理页岩各向异性试验研究
    2.1 引言
    2.2 试样采集与加工
    2.3 试验设备
    2.4 试验步骤
    2.5 三点弯曲试验加载曲线与声发射特征
    2.6 断裂力学参数与断裂能随层理倾角的演化规律
    2.7 断裂形态随层理倾角的演化规律
    2.8 本章小结
3 层理页岩各向异性流-固-移动边界耦合作用机理
    3.1 引言
    3.2 多物理场耦合数学模型
    3.3 多物理场耦合关系及数值求解方法
    3.4 试验数据对比验证
    3.5 渗透边界移动引起的力学响应分析
    3.6 渗透边界移动规律研究
    3.7 本章小结
4 层理页岩水和气体压裂的破裂压力与渗透面积演化差异分析
    4.1 引言
    4.2 破裂压力准则建立
    4.3 数值模型构建与求解
    4.4 模型验证
    4.5 破裂压力与渗透面积演化规律研究
    4.6 本章小结
5 层理页岩水和气体压裂的损伤演化差异分析
    5.1 引言
    5.2 基本控制方程
    5.3 多物理场耦合关系及模型求解方法
    5.4 氮气压裂试验及模型验证
    5.5 水和气体压裂损伤演化差异分析
    5.6 本章小结
6 应力状态与层理特性对层理页岩损伤演化的影响机制
    6.1 引言
    6.2 数值模型构建与求解
    6.3 应力状态对无层理岩石损伤演化的影响
    6.4 层理倾角对层理页岩损伤演化的影响
    6.5 应力状态与层理倾角共同作用对层理页岩损伤演化的影响
    6.6 应力状态与层理强度共同作用对层理页岩损伤演化的影响
    6.7 天然缺陷对层理页岩损伤演化的影响
    6.8 本章小结
7 结论与展望
    7.1 主要结论
    7.2 研究展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集



本文编号：3798045