节理页岩水力压裂的数值仿真及试验研究

发布时间：2016-12-01 16:24

  本文关键词：岩石破裂过程的扩展有限元法研究，由笔耕文化传播整理发布。

《南昌大学》 2015年

节理页岩水力压裂的数值仿真及试验研究

罗翔  

【摘要】：页岩气开发的关键过程是页岩层的水力压裂,页岩气储层富含有机质,具有较低的孔隙度和极低的基质渗透率。节理页岩微观结构的差异在宏观上表现为力学性质的不均匀,对实际工程中节理页岩的水力压裂过程具有重要影响。基于此,本文通过“RFPA-2D”以及“RFPA-3D”有限元软件,开展了节理页岩及石膏模型的有限元数值仿真,选择石膏试样进行了相似性的试验研究,探讨了节理页岩相关模型参数对其水力压裂过程的影响。本文在对现有岩石强度理论进行综述的基础上、以横观各向同性页岩为分析模型,探讨了节理页岩的强度理论。利用“RFPA”二维、三维有限元分析软件对节理页岩的水力压裂过程进行数值仿真,分析研究不同的页岩模型参数对节理页岩水力压裂破坏过程的影响;进行了节理页岩的单轴压缩试验得出不同岩样的弹性参数及力学性质曲线;并通过相似材料模型法,对石膏模型进行了水力压裂过程的试验,研究发现试验结果与有限元数值仿真结果吻合较好。本文的有限元数值仿真结果表明,破裂压力随着节理倾角的提高而呈现出先增后减的趋势,随着单轴抗压强度的提高而线性增大,而随着均质度的增大,破裂压力前期提升较快,最终趋于平缓。有限元结果与试验结果均表明,孔隙水压力场分布由孔洞形成环状向外径向扩散,微裂纹产生后逐渐开展并到达节理面层,最终沿着节理面贯穿于整个岩体形成破坏面,说明了裂纹方向及破坏面主要由节理面控制。

【关键词】：
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE377
【目录】：

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1 肖庆生,张汉兴;格里菲斯强度理论在岩体力学中的应用[J];阜新矿业学院学报;1981年01期

2 朱君;叶鹏;王素玲;肖丹凤;王慧;;低渗透储层水力压裂三维裂缝动态扩展数值模拟[J];石油学报;2010年01期

3 秦向辉;谭成轩;孙进忠;陈群策;安美建;;地应力与岩石弹性模量关系试验研究[J];岩土力学;2012年06期

4 贾长贵;陈军海;郭印同;杨春和;徐敬宾;王磊;;层状页岩力学特性及其破坏模式研究[J];岩土力学;2013年S2期

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 侯忠杰;关于格里菲斯强度理论应用中的几个问题的探讨[J];阜新矿业学院学报;1987年03期

2 吴文娟;师永民;王小军;刘洪涛;秦小双;王磊;柴智;李晓敏;;超低渗油气藏非对称压裂数值模拟理论及应用[J];北京大学学报(自然科学版);2012年06期

3 祖克威;曾联波;刘喜中;张俊辉;赵向原;刘国平;;厚层河道砂体地应力分布影响因素分析[J];地质力学学报;2014年02期

4 秦向辉;张鹏;丰成君;孙炜锋;谭成轩;陈群策;彭有如;;北京地区地应力测量与主要断裂稳定性分析[J];地球物理学报;2014年07期

5 田韬;杨军;郝永亮;王维;;原地应力对钻孔应变耦合系数的影响分析[J];地震研究;2014年03期

6 张东涛;童亨茂;赵海涛;吕雪;张昊;;砂泥岩地层地应力纵向分布特征与规律[J];地质力学学报;2014年04期

7 岳喜伟;戴俊生;王珂;;岩石力学参数对裂缝发育程度的影响[J];地质力学学报;2014年04期

8 田韬;王俊菲;王维;郝永亮;;钻孔耦合对体应变观测的影响分析[J];地震地磁观测与研究;2014年Z2期

9 朱建安;申伟鹏;郭培红;;煤矿水力压裂耐高压水力封孔器的研制[J];煤矿安全;2011年08期

10 王素玲;张一鸣;姜民政;李杨;;裂缝在非均匀岩层内扩展机理研究[J];力学与实践;2012年06期

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1 张玉广;基于叠前弹性参数反演的三维应力场及全缝长整体压裂技术研究[D];东北石油大学;2011年

2 门晓溪;岩体渗流—损伤耦合及其水力压裂机理数值试验研究[D];东北大学;2015年

3 师访;岩石破裂过程的扩展有限元法研究[D];中国矿业大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 王晓锋;煤储层水力压裂裂缝展布特征数值模拟[D];中国地质大学（北京）;2011年

2 李恋恋;隧道强度与隧道结构地震响应有限元分析[D];长安大学;2008年

3 马青;基于损伤理论的圆形水工压力隧洞围岩应力场分析[D];长安大学;2009年

4 郑文华;高地应力脆性岩体张开位移发生机理研究[D];山东大学;2010年

5 张慧娟;页岩动态本构关系及应用初探[D];西南石油大学;2014年

【二级参考文献】

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1 谭成轩,孙叶,王连捷;地应力测量值得注意的若干问题[J];地质力学学报;2003年03期

2 孙叶;谭成轩;孙炜锋;王瑞江;吴树仁;陈群策;;煤瓦斯突出研究方法探索[J];地质力学学报;2007年01期

3 朱焕春，，陶振宇;不同岩石中地应力分布[J];地震学报;1994年01期

4 谭成轩;孙炜锋;孙叶;王连捷;;地应力测量及其地下工程应用的思考[J];地质学报;2006年10期

5 谢富仁,邱泽华,王勇,苏恺之,欧阳祖熙;我国地应力观测与地震预报[J];国际地震动态;2005年05期

6 尤明庆;苏承东;;层理倾角不同的砂岩变形破坏和强度的研究[J];河南理工大学学报(自然科学版);2009年05期

7 王怡;徐江;梅春桂;欧彪;李丽;;含裂缝的硬脆性泥页岩理化及力学特性研究[J];石油天然气学报;2011年06期

8 韩嵩;;深部地应力环境对砂岩力学性质的影响[J];矿业研究与开发;2007年02期

9 张金铸 ,林天健;三轴试验中岩石的应力状态和破坏性质[J];力学学报;1979年02期

10 赵益忠;程远方;曲连忠;王京印;沈海超;;水力压裂动态造缝的有限元模拟[J];石油学报;2007年06期

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1 王卫华;李夕兵;左宇军;;非线性法向变形节理对弹性纵波传播的影响[J];岩石力学与工程学报;2006年06期

2 王贵宾;杨春和;包宏涛;殷黎明;;岩体节理平均迹长估计[J];岩石力学与工程学报;2006年12期

3 刘刚;龙景奎;王照华;;断续节理相互作用的数值模拟[J];采矿与安全工程学报;2007年02期

4 陈国良;廖国华;;岩体节理网络的计算机模拟[J];有色金属(矿山部分);1989年06期

5 耿文志;三参数节理玫瑰花图的编制和应用[J];西南石油学院学报;1990年01期

6 朱文彬;节理网络模拟研究及其初步应用[J];矿冶工程;1992年03期

7 王青;;节理裂隙统计方法研究[J];勘察科学技术;1992年04期

8 崔洪庆,张振文;节理频率预测的新方法[J];阜新矿业学院学报(自然科学版);1993年04期

9 袁绍国,王震;节理迹长线测量与面测量的精度对比[J];中国矿业;1999年01期

10 李树荣;高峰;廖孟柯;梁忠雨;;岩石粗糙节理剪切强度的分形分析[J];煤炭科学技术;2006年11期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 林育梁;闭历平;;节理单元法求解节理岩体力学问题[A];岩土力学数值方法的工程应用——第二届全国岩石力学数值计算与模型实验学术研讨会论文集[C];1990年

2 张平;吴德伦;;节理爆破的工程实践[A];重庆岩石力学与工程学会第一届学术讨论会论文集[C];1992年

3 夏才初;;论JRC[A];岩石力学理论与工程实践[C];1997年

4 黄丹;王剑峰;;光滑节理模型在锦屏大理岩中的应用研究[A];颗粒材料计算力学研究进展[C];2012年

5 邵珠山;宋林;;节理处爆炸波的能量衰减规律研究[A];面向低碳经济的隧道及地下工程技术——中国土木工程学会隧道及地下工程分会隧道及地下空间运营安全与节能环保专业委员会第一届学术研讨会论文集[C];2010年

6 王贵宾;杨春和;殷黎明;高敬;;岩体节理模拟与甘肃北山预选区节理研究现状与展望[A];第二届废物地下处置学术研讨会论文集[C];2008年

7 段文杰;李世海;冯春;;基于平衡颗粒法生成地质体复杂节理面网格的方法研究[A];颗粒材料计算力学研究进展[C];2012年

8 张吉宏;刘红岩;;节理性质对岩体爆破破坏模式影响的数值分析[A];中国力学学会工程爆破专业委员会2013年年度工作会议暨学术交流会论文集[C];2013年

9 许宏发;;节理表面分形特征与分维计算[A];面向21世纪的岩石力学与工程：中国岩石力学与工程学会第四次学术大会论文集[C];1996年

10 夏才初;孙宗颀;潘长良;;含波纹度节理的形貌和剪切性质研究[A];中国岩石力学与工程学会第三次大会论文集[C];1994年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 柏凯红;加锚节理力学特性及其边坡稳定性研究[D];重庆大学;2015年

2 郭冠龙;昊锦塬煤矿含充填节理巷道围岩控制技术研究[D];中国矿业大学;2015年

3 高敬;甘肃北山候选场址花岗岩体节理几何特征和组合形态研究[D];中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）;2009年

4 刘磊;节理破碎岩体隧道稳定性及锚固效果研究[D];西南交通大学;2010年

5 秦玉静;均匀化节理单元及其应用[D];河海大学;2005年

6 尹璐;结构—地基节理非线性分析[D];广西大学;2005年

7 孙萍;地基中无限区域节理、夹层的模拟及其在工程中的应用[D];广西大学;2005年

8 丁增志;节理表面形貌研究及在非贯通节理岩体强度准则中的应用[D];同济大学;2007年

9 李化;基于三维表面形貌参数的花岗岩节理剪切破坏基本规律的研究[D];成都理工大学;2014年

10 曲广琇;基于节理几何参数不确定性的边坡稳定性和可靠度研究[D];中南大学;2009年

  本文关键词：岩石破裂过程的扩展有限元法研究，由笔耕文化传播整理发布。

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