复杂应力条件下天然裂缝稳定性研究

发布时间：2023-11-14 18:37

　　随着全球对能源需求的增加和传统油气藏的逐渐枯竭,致密油气、页岩油气与煤层气资源的有效开发越来越受到人们的关注。尽管非常规储层的孔渗条件普遍较差,但其储层内部天然裂缝往往比较发育。对这类储层使用的水力压裂技术与常规水力压裂技术也有很大不同。在对天然裂缝较发育的储层进行改造时,人工裂缝可能在天然裂缝的逐级诱导下,形成复杂的裂缝网络,进而极大地沟通了储层与井筒,实现良好的改造效果。由此可见,天然裂缝是裂缝性储层能够实现有效开发的重要条件,因此对天然裂缝的稳定性研究就显得至关重要。根据裂缝尺度的不同,采用ABAQUS有限元仿真软件首先研究了大尺度裂缝对周边地应力场的影响,模拟结果显示大尺度裂缝对原始地应力的大小和方向均会产生一定程度的影响,影响范围取决于裂缝是否贯穿地层以及裂缝角度,地应力场的改变使得周边天然裂缝的受力状态变得复杂。为研究复杂应力条件下天然裂缝扩展延伸规律,使用团队设计研发的可在岩心端面实现非均匀应力加载的实验装置,结合超声波频谱分析手段,识别均匀与非均匀应力加载条件下,不同角度裂缝的扩展状态。实验发现:0°裂缝在两种加载方式下均难以起裂;30°裂缝在两种加载方式下均发生扩展,...

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 选题依据及目的意义
    1.2 国内外研究现状及存在的主要问题
        1.2.1 应力条件下裂缝稳定性
        1.2.2 裂缝超声波识别与时频分析
        1.2.3 断裂问题有限元分析
        1.2.4 存在的主要问题
    1.3 主要研究内容
    1.4 研究思路及技术路线
    1.5 完成的主要工作量
    1.6 取得的主要成果与认识
第2章 裂缝扩展描述基础理论
    2.1 裂缝失稳扩展条件
    2.2 格里菲斯断裂理论
    2.3 应力强度因子
        2.3.1 裂缝形态分类
        2.3.2 Ⅰ型裂缝应力强度因子
        2.3.3 Ⅱ型裂缝应力强度因子
    2.4 裂缝扩展准则
        2.4.1 最大周向应力准则
        2.4.2 最大能量释放率准则
        2.4.3 应变能密度因子准则
    2.5 本章小结
第3章 大尺度裂缝周边地应力场变化规律
    3.1 均质地层应力场状态
    3.2 贯穿缝对地应力场的影响
    3.3 非贯穿缝对地应力场的影响
    3.4 复杂应力场问题描述
    3.5 本章小结
第4章 复杂应力场作用下裂缝延伸实验
    4.1 实验思路设计
    4.2 实验装置
        4.2.1 应力加载系统
        4.2.2 超声波信号系统
        4.2.3 信号采集及数据处理系统
        4.2.4 试验件准备
    4.3 实验原理
        4.3.1 时域与频域
        4.3.2 时域波形分析
        4.3.3 频谱特征分析
    4.4 实验步骤
    4.5 实验结果分析
        4.5.1 0度裂缝实验结果
        4.5.2 60度裂缝实验结果
        4.5.3 30度裂缝实验结果
    4.6 本章小结
第5章 应力加载与裂缝扩展过程数值模拟
    5.1 扩展有限元法
        5.1.1 扩展有限元基本原理
        5.1.2 扩展有限元在ABAQUS中的应用
    5.2 扩展有限元模型
    5.3 均匀应力加载数值模拟
        5.3.1 不同裂缝角度
        5.3.2 不同应力加载速率
        5.3.3 不同裂缝长度
    5.4 非均匀应力加载数值模拟
    5.5 本章小结
结论
致谢
参考文献
攻读学位期间取得学术成果



本文编号：3863990