隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展,各國對能源的需要急劇增加。常規(guī)能源由于開發(fā)技術的成熟,要想增加產(chǎn)量基本不太可能,并且在未來可能面臨枯竭的危險,各國紛紛尋求可代替常規(guī)能源的新能源。頁巖氣由于其儲量巨大備受關注。隨著美國頁巖氣成功開發(fā),其他國家陸續(xù)加入了對頁巖氣的研究中。我國頁巖氣的研究起步較晚,但是發(fā)展迅猛。借鑒于國外的水力壓裂技術,也開發(fā)了大量頁巖氣資源。由于我國頁巖儲層和美國有顯著的差異。我國頁巖氣儲層普遍埋藏較深,在使用水力壓裂技術方面還存在很多問題:鉆井深度的增加導致施工的難度加大;天然裂縫的發(fā)育使得壓裂液濾失較大;儲層破壞壓力的變化,容易產(chǎn)生復雜裂紋等。為了從根本上改進和完善水力壓裂技術在我國頁巖氣開采中的應用,需要全面了解頁巖的力學特性,從本質(zhì)上認識頁巖裂紋擴展規(guī)律及破壞形式。本文主要從實驗和數(shù)值模擬兩方面對頁巖力學性能進行研究。在實驗中,研究了圍壓對頁巖力學性能的影響,并得到了基本的力學參數(shù);用Brittle cracking和Drucker-Prager模型對材料的力學行為進行了數(shù)值模擬,研究了材料的失效形式,并將數(shù)值模擬的結果與實驗結果進行了對比,得到了以下結論:(1)對頁巖材...

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
中文摘要
英文摘要
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國外研究現(xiàn)狀
    1.3 本文的研究目的和意義
        1.3.1 研究目的
        1.3.2 研究意義
    1.4 本文研究內(nèi)容與方法
        1.4.1 研究內(nèi)容
        1.4.2 研究方法
2 頁巖力學特性實驗研究
    2.1 巖石材料的構成以及物理性質(zhì)
        2.1.1 巖石材料的構成
        2.1.2 巖石材料的基本物理性質(zhì)
    2.2 巖石材料的力學性能
        2.2.1 巖石材料的抗壓強度
        2.2.2 巖石材料的抗拉強度和抗剪強度
    2.3 巖石材料力學性能實驗研究
        2.3.1 RLW-2000M微機控制煤巖流變儀
        2.3.2 巖石樣本的采集
        2.3.3 巖石試件的制備
        2.3.4 實驗結果及分析
    2.4 本章小結
3 基于Brittle cracking模型的數(shù)值模擬
    3.1 有限單元法
        3.1.1 單元位移模式及插值函數(shù)
        3.1.2 單元應變
        3.1.3 單元應力
        3.1.4 單元剛度矩陣
        3.1.5 整體剛度矩陣
        3.1.6 彈性力學問題有限元分析的執(zhí)行步驟
    3.2 Brittle cracking脆性開裂模型
    3.3 基于Brittle cracking模型的有限元建模
        3.3.1 建立二維平面應變有限元模型及劃分網(wǎng)格
        3.3.2 計算結果及分析
        3.3.3 建立三維實體有限元模型及網(wǎng)格劃分
        3.3.4 計算結果及分析
    3.4 本章小結
4 基于Drucker-Prager模型的數(shù)值模擬
    4.1 Drucker-Prager模型
    4.2 基于Drucker-Prager模型的有限元建模
        4.2.1 建立有限元模型及劃分網(wǎng)格
        4.2.2 計算結果及分析
    4.3 本章小結
5 結論與展望
    5.1 結論
    5.2 展望
致謝
參考文獻
附錄
    A.作者在攻讀學位期間發(fā)表的論文目錄



本文編號：3846758