砂岩地层张裂缝扩展有限元研究

发布时间：2017-08-27 00:34

  本文关键词：砂岩地层张裂缝扩展有限元研究

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【摘要】：砂岩地层是主要的油气储集层。随着油气资源的不断开发利用,油气勘探开发方向逐渐从常规油气藏转向特殊油气藏,其中裂缝性油气藏的勘探开发显得尤为重要。在含有裂缝的砂岩储集层中,裂缝延伸扩展规律对我们开发裂缝性油气藏起着关键性的作用。本文从断裂力学的角度分析砂岩地层张裂缝的扩展机制,基于扩展有限元方法在ABAQUS平台对砂岩地层张裂缝进行数值模拟研究,主要从三个方面来进行模拟:第一,静态模拟;通过ABAQUS软件静态模拟出砂岩地层中的单边裂缝、中心裂缝等不同类型张裂缝所对应的应力强度因子,分析其网格密度、裂缝长度、裂缝倾角等敏感性参数对应力强度因子的影响,为裂缝扩展的动态分析做出铺垫。第二,动态扩展模拟;利用在静态模拟中获取的应力强度因子,对张裂缝扩展进行模拟,本文也对II型裂缝、I-II复合型裂缝进行了模拟。第三,运用砂岩裂缝的扩展规律,对水力压裂中不同时刻裂缝的长度与宽度的关系进行理论性的探讨。最后得出:砂岩地层张裂缝是按照裂缝面近似直线扩展的,II型裂缝、I-II复合型裂缝是先沿着裂缝面进行扩展,然后是按照最大周向拉应力方向进行扩展。
【关键词】：砂岩地层 张裂缝扩展 ABAQUS 应力强度因子
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE31
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 问题的提出及研究意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-14
• 1.2.1 裂缝性储层研究现状9-10
• 1.2.2 裂缝扩展方法国内外研究现状10-14
• 1.3 本文研究思路及主要内容14-16
• 1.3.1 本文的技术路线14
• 1.3.2 本文的主要内容14-16
• 第二章 砂岩地层裂缝相关理论研究及有限元原理16-29
• 2.1 砂岩相关物理特性16
• 2.1.1 砂岩脆性特征16
• 2.1.2 岩石的破裂过程16
• 2.2 裂缝类型16-17
• 2.3 裂缝发育的主要影响因素17
• 2.3.1 岩层岩性影响17
• 2.3.2 岩层厚度影响17
• 2.3.3 构造部位影响17
• 2.4 裂缝对油气田开的影响17
• 2.5 线弹性断裂力学判据17-25
• 2.5.1 裂缝的力学特征分类18-19
• 2.5.2 裂缝的尖端场19-23
• 2.5.3 裂缝扩展能量释放率23
• 2.5.4 应力强度因子理论23-25
• 2.6 弹塑性断裂力学理论25-26
• 2.6.1 弹塑性断裂力学25-26
• 2.6.2 COD理论26
• 2.7 有限元法的原理26-29
• 2.7.1 位移函数和形函数27
• 2.7.2 单元应变和应力分析27
• 2.7.3 单元刚度矩阵27-28
• 2.7.4 总刚度矩阵28
• 2.7.5 有限元法基本解题思路28-29
• 第三章 裂缝应力强度因子有限元模拟仿真29-39
• 3.1 有限元模拟软件简介29-32
• 3.1.1 ABAQUS简介29-30
• 3.1.2 ABAQUS软件特点30-31
• 3.1.3 ABAQUS在石油工程中的适用性分析31
• 3.1.4 Python程序语言及特点31-32
• 3.2 静态裂缝模拟32-38
• 3.2.1 砂岩地层单边裂缝32-35
• 3.2.2 砂岩地层中心裂缝35-37
• 3.2.3 砂岩地层共线裂缝37-38
• 3.3 本章小结38-39
• 第四章 裂缝扩展有限元仿真39-53
• 4.1 程序设计的思想与流程39-40
• 4.1.1 程序构架39
• 4.1.2 裂缝扩展仿真程序设计思路及流程39-40
• 4.2 裂缝的断裂判据40-41
• 4.3 砂岩地层I型裂缝扩展数值分析41-43
• 4.3.1 裂缝模型41
• 4.3.2 结果分析41-43
• 4.4 砂岩地层II型裂缝扩展数值模拟43-46
• 4.4.1 裂缝模型44
• 4.4.2 结果分析44-46
• 4.5 砂岩地层I-II复合型裂缝扩展数值模拟46-49
• 4.5.1 裂缝模型46-47
• 4.5.2 结果分析47-49
• 4.6 砂岩地层中心对称裂缝扩展研究49-52
• 4.6.1 中心裂缝模型49-50
• 4.6.2 结果分析50-52
• 4.7 本章小结52-53
• 第五章 工程应用—水力压裂裂缝53-60
• 5.1 流固耦合方程53-54
• 5.2 裂缝扩展准则54-55
• 5.3 裂缝面内流体流动模型55-56
• 5.3.1 流体切向流动55-56
• 5.3.2 流体法向的流动56
• 5.4 裂缝模拟分析56-59
• 5.5 本章小结59-60
• 第六章 结论与展望60-61
• 6.1 结论60
• 6.2 展望60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文65-66

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本文编号：743547