各向异性页岩体变形破坏特征的实验与数值模拟

发布时间：2018-11-05 17:42

【摘要】：由于页岩体层理面发育,孔隙度和渗透率低,导致其力学性质呈现出明显的各向异性,这些性质关系到页岩气井的井壁稳定性,会影响页岩气的开采效率,给工程实践带了非常大的困难和安全隐患。因此,本文采用物理实验和数值仿真相结合的方法,开展了页岩体的各向异性特征研究,分析其力学性质和破坏特性,以实现安全钻井,提高页岩气的开采效率。本文的研究工作主要包括以下几方面:(1)本文采用三维非接触测量系统(Aramis)和单轴压缩实验相结合的方式,对页岩体各向异性力学特性和破坏机理开展实验研究,得出层理倾角对页岩的峰值强度、弹性模量、主应变、位移及破坏形态的影响规律。并采用RFPA2D软件对物理实验结果进行模拟验证,得到两者结果吻合较好。同时,佐证了采用该软件模拟页岩单轴压缩实验的有效性。(2)基于岩石损伤机理,通过有限元模拟,研究了层理间距、层理强度、弹性模量、泊松比等因素对页岩破坏强度和破坏模式的影响,得出不同条件下页岩峰值强度变化规律及破坏特征。(3)以断裂力学为基础,研究了单裂隙和双裂隙存在条件下,页岩峰值强度和破坏形态随初始裂隙倾角、裂隙长度以及岩桥倾角和长度的变化规律。本文研究成果,有助加深对页岩体力学性质的认识,可为页岩气藏钻井、压裂开发等提供理论指导。
[Abstract]:Due to the development of bedding plane and the low porosity and permeability of the rock mass, the mechanical properties show obvious anisotropy. These properties are related to the wellbore stability of shale gas wells and will affect the production efficiency of shale gas. It brings great difficulties and hidden dangers to engineering practice. Therefore, in this paper, the anisotropic characteristics of shale body are studied by combining physical experiments with numerical simulation, and its mechanical properties and failure characteristics are analyzed in order to realize safe drilling and improve the efficiency of shale gas production. The research work of this paper mainly includes the following aspects: (1) in this paper, the anisotropic mechanical properties and failure mechanism of the sheet rock mass are studied experimentally by the combination of three-dimensional non-contact measurement system (Aramis) and uniaxial compression experiment. The effects of bedding dip angle on the peak strength, elastic modulus, principal strain, displacement and failure morphology of shale are obtained. The physical experiment results are simulated by RFPA2D software, and the results are in good agreement with each other. At the same time, the validity of using the software to simulate shale uniaxial compression experiment is verified. (2) based on the damage mechanism of rock, the interval of bedding, the strength of bedding and the modulus of elasticity are studied by finite element simulation. The influence of Poisson's ratio and other factors on the failure strength and failure mode of shale is obtained, and the variation law and failure characteristics of shale peak strength under different conditions are obtained. (3) on the basis of fracture mechanics, the existence of single and double fractures is studied. The variation of the peak strength and failure pattern of shale with the initial crack inclination, fracture length and the slope and length of rock bridge. The research results in this paper are helpful to further understand the physical properties of shale and provide theoretical guidance for drilling and fracturing of shale gas reservoirs.
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE311

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本文编号：2312824