中國川渝地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣儲量豐富,7年來取得了跨越式發(fā)展,基本實現(xiàn)了頁巖氣的工業(yè)化生產(chǎn)（如威遠、長寧、涪陵的頁巖氣田）。但與北美頁巖儲層的地質(zhì)特征相比,中國頁巖氣儲層埋藏深、地質(zhì)構(gòu)造擠壓作用顯著,部分頁巖儲層水力壓裂施工表現(xiàn)出破裂壓力高,支撐劑運移困難的特點。本文以重慶涪陵地區(qū)頁巖氣開發(fā)為研究背景,就層理頁巖力學(xué)性質(zhì)描述、頁巖儲層起裂壓力預(yù)測、近井筒水力裂縫形態(tài)以及層理面對水力裂縫垂向擴展的影響等幾個問題進行了研究,以期為頁巖高效開發(fā)提供參考。本文主要進行了以下幾方面的工作:（1）針對頁巖結(jié)構(gòu)非連續(xù)性和力學(xué)各向異性特征,建立基于離散裂縫建模方法的連續(xù)損傷模型。采用頁巖巖心進行巖石力學(xué)實驗,研究層理方向和圍壓等因素對頁巖巖石力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律,優(yōu)選出雙曲線型Drucker-Prager模型兼顧對巖石拉伸和壓縮條件下強度的預(yù)測。為模擬頁巖變形、破壞和強度特征引入損傷變量參數(shù),作為應(yīng)力加載條件下控制巖石單元剛度、強度演化的重要參數(shù)。根據(jù)層理頁巖的結(jié)構(gòu)特征決定采用離散裂縫模型建模方法對頁巖的層理和基體進行描述,將初始損傷變量作為區(qū)分材料力學(xué)性質(zhì)和物性非連續(xù)程度的重要參數(shù),實現(xiàn)對頁巖非... 

【文章來源】：中國石油大學(xué)(北京)北京市211工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：116 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

中國西南部地區(qū)龍馬溪組頁巖露頭Fig.1.1LongmaxishaleoutcropfoundedinsouthwestofChina

所示為頁巖露頭照片。頁巖結(jié)構(gòu)非連續(xù)性導(dǎo)致了其力學(xué)性質(zhì)的各向異性。頁巖常規(guī)三軸壓縮實驗結(jié)果表明頁巖強度除了受圍壓影響，還與加載方向和層理弱面的夾角有關(guān)（圖1.2和圖1.3），與常規(guī)各向同性巖石的性質(zhì)存在顯著差異[2]。因而在分析頁巖儲層井筒周圍應(yīng)力狀態(tài)時，傳統(tǒng)方法中的線彈性各項同性假設(shè)已明顯不再適用。為建立能夠合理描述各向異性材料的變形特征，前人進行了大量實驗和理論研究。對于頁巖一般將其簡化為橫觀各向同性材料，常用方法有兩種：1.建立唯象本構(gòu)模型描述巖石中微裂紋對力學(xué)性質(zhì)的影響，例如正交各向異性彈塑性模型，以此模擬材料的宏觀變形特征；2.在模型中植入彌散裂縫或黏聚性裂縫模擬弱面，或者在模型中建立接?

模型進行改進，采用等效應(yīng)力方法在模型中引入了頁巖彈性各向異性，建立描述頁巖變形特征的唯象本構(gòu)模型，同時還能模擬頁巖破壞后的強度弱化過程。圖1.5為改進的Cam Clay模型模擬的峰后剪切帶[9]。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]橫觀各向同性土強度與破壞準則的研究[J]. 姚仰平,孔玉俠.  水利學(xué)報. 2012(01)
[2]單軸壓縮下橫觀各向同性巖石破裂過程的數(shù)值模擬[J]. 梁正召,唐春安,李厚祥,徐濤,楊天鴻.  巖土力學(xué). 2005(01)
[3]巖土材料固有各向異性的模擬[J]. 余天堂.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2004(10)
[4]巖土材料彈塑性正交異性損傷耦合本構(gòu)理論[J]. 沈新普,澤農(nóng)·慕容子,徐秉業(yè).  應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué). 2001(09)
[5]巖石破裂過程滲流與應(yīng)力耦合分析[J]. 楊天鴻,唐春安,朱萬成,馮啟言.  巖土工程學(xué)報. 2001(04)
[6]巖石全應(yīng)力-應(yīng)變過程滲透性試驗研究[J]. 姜振泉,季梁軍.  巖土工程學(xué)報. 2001(02)
[7]軟煤樣滲透特性的電液伺服試驗研究[J]. 李樹剛,徐精彩.  巖土工程學(xué)報. 2001(01)
[8]全應(yīng)力應(yīng)變過程中碳酸鹽巖滲透性研究[J]. 韓寶平,馮啟言,于禮山,毛瓊,李爐明,張洪茂.  工程地質(zhì)學(xué)報. 2000(01)
[9]巖石全應(yīng)力應(yīng)變過程對應(yīng)的滲透率－應(yīng)變方程[J]. 李世平,李玉壽,吳振業(yè).  巖土工程學(xué)報. 1995(02)
[10]橫觀各向同性體的彈性力學(xué)的空間問題[J]. 胡海昌.  物理學(xué)報. 1953(02)

博士論文
[1]巖石破裂過程滲透性質(zhì)及其與應(yīng)力耦合作用研究[D]. 楊天鴻.東北大學(xué) 2001



本文編號：3611648