本文關(guān)鍵詞：頁(yè)巖氣儲(chǔ)層水力壓裂原理與數(shù)值模擬研究

  更多相關(guān)文章： 水力壓裂 裂縫擴(kuò)展 流固耦合 有限元法 ABAQUS數(shù)值模擬

【摘要】：隨著科技的巨大進(jìn)步,全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,人類社會(huì)對(duì)能源的需求也越來(lái)越大,以煤炭、石油資源為代表的傳統(tǒng)不可再生能源正日益減少,以太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮転榇淼男滦涂稍偕茉串a(chǎn)能和利用效率又非常有限且相對(duì)成本較高。因此,當(dāng)前急需一種新型能源來(lái)緩解能源短缺問(wèn)題。頁(yè)巖氣作為一種新型能源,憑借儲(chǔ)量巨大、環(huán)境友好和可持續(xù)開(kāi)發(fā)等特點(diǎn)成為目前緩解能源短缺問(wèn)題的有效能源。然而,與傳統(tǒng)油氣資源相比,頁(yè)巖氣藏儲(chǔ)層的地質(zhì)條件更加復(fù)雜,儲(chǔ)層滲透率低、導(dǎo)流能力差等特點(diǎn),使得頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的難度更大,技術(shù)要求更高。因此頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中儲(chǔ)層巖石水力壓裂裂縫形成和擴(kuò)展機(jī)理問(wèn)題一直是眾多學(xué)者研究的目標(biāo)。與傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)相比,計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法具有周期更短、效率更高、成本更低等優(yōu)勢(shì),而且隨著科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步,計(jì)算機(jī)模擬也日漸成熟,在可靠性和安全性等方面也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。因此,通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層水力壓裂裂縫破裂和擴(kuò)展進(jìn)行數(shù)值模擬變得有效、可行,并終將成為解決這一問(wèn)題的有效方法。水力壓裂作為目前頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的主要技術(shù)手段,在斷裂力學(xué)、巖土力學(xué)等理論基礎(chǔ)的指導(dǎo)下,逐漸經(jīng)形成了較為完善的現(xiàn)場(chǎng)施工體系。通過(guò)井筒向儲(chǔ)層中的射孔和天然裂縫輸入壓裂液提高裂縫中的壓強(qiáng),使得裂縫破裂并擴(kuò)展,進(jìn)而增加裂縫表面與儲(chǔ)層頁(yè)巖氣的接觸面積,大幅提高頁(yè)巖氣的采集和生產(chǎn)能力。本文使用工程模擬有限元軟件ABAQUS,在建立非線性流固耦合水力壓裂模型的基礎(chǔ)上,運(yùn)用擴(kuò)展有限元方法對(duì)不同情況下儲(chǔ)層裂縫破裂和擴(kuò)展進(jìn)行了數(shù)值模擬。首先,回顧了水力壓裂技術(shù)和頁(yè)巖氣開(kāi)采的發(fā)展歷程;其次,介紹了水力壓裂過(guò)程中儲(chǔ)層裂縫破裂和擴(kuò)展的理論基礎(chǔ),包括多孔介質(zhì)理論、流動(dòng)方程和有限單元法等;第三,介紹ABAQUS軟件在水力壓裂方面的應(yīng)用,簡(jiǎn)述其優(yōu)勢(shì)和處理此類問(wèn)題時(shí)所使用的理論知識(shí),并通過(guò)建立儲(chǔ)層單一裂縫破裂擴(kuò)展模型與經(jīng)典理論對(duì)比,驗(yàn)證此方法的合理性和可靠性;第四、五章分別對(duì)儲(chǔ)層單一裂縫和多裂縫在不同條件下破裂和擴(kuò)展的模擬分析,總結(jié)歸納了在不同情況下,水力壓裂裂縫破裂和擴(kuò)展的規(guī)律;最后,對(duì)本研究工作進(jìn)行總結(jié)與展望,模擬結(jié)果能較好的擬合實(shí)際理論結(jié)果,能對(duì)壓裂后續(xù)過(guò)程中裂縫擴(kuò)展進(jìn)一步模擬,該方法對(duì)水力壓裂設(shè)計(jì)和優(yōu)化有一定的指導(dǎo)意義,相信未來(lái)頁(yè)巖氣水力壓裂技術(shù)必將迎來(lái)巨大的發(fā)展。
【關(guān)鍵詞】：水力壓裂 裂縫擴(kuò)展 流固耦合 有限元法 ABAQUS數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：上海工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TE377
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 緒論13-22
• 1.1 課題研究背景及意義13-15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-20
• 1.2.1 水力壓裂技術(shù)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)研究現(xiàn)狀16-19
• 1.2.3 壓裂裂縫破裂延伸研究現(xiàn)狀19-20
• 1.3 面臨的問(wèn)題及今后發(fā)展趨勢(shì)20
• 1.3.1 目前面臨的問(wèn)題20
• 1.3.2 今后發(fā)展趨勢(shì)20
• 1.4 主要研究?jī)?nèi)容和方法20-22
• 1.4.1 主要研究?jī)?nèi)容20-21
• 1.4.2 研究方法21-22
• 第二章 裂縫破裂和擴(kuò)展的理論基礎(chǔ)22-30
• 2.1 儲(chǔ)層多孔介質(zhì)理論22-28
• 2.1.1 儲(chǔ)層巖石破裂和擴(kuò)展23-25
• 2.1.2 儲(chǔ)層多孔介質(zhì)流固耦合25-28
• 2.2 裂縫中流體流動(dòng)模型28-29
• 2.3 流體滲流模型29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第三章 ABAQUS軟件在水力壓裂上的應(yīng)用30-40
• 3.1 ABAQUS軟件介紹30-31
• 3.2 ABAQUS擴(kuò)展有限元及其損傷模型31-36
• 3.2.1 擴(kuò)展有限元31-33
• 3.2.2 基于擴(kuò)展有限元的線彈性牽引分離行為33-34
• 3.2.3 損傷模型34-36
• 3.3 ABAQUS模擬驗(yàn)證36-39
• 3.4 本章小結(jié)39-40
• 第四章 水力壓裂單一裂縫破裂擴(kuò)展模擬研究40-50
• 4.1 情況1裂縫破裂擴(kuò)展模擬研究40-48
• 4.2 情況 1—5 裂縫破裂擴(kuò)展模擬對(duì)比研究48-49
• 4.3 本章小結(jié)49-50
• 第五章 水力壓裂多裂縫破裂擴(kuò)展模擬研究50-66
• 5.1 水平平行裂縫對(duì)水力壓裂的影響50-56
• 5.2 水平共線裂縫對(duì)水力壓裂的影響56-58
• 5.3 垂直角度天然裂縫對(duì)水力壓裂的影響58-63
• 5.4 任意角度天然裂縫對(duì)水力壓裂的影響63-65
• 5.5 本章小結(jié)65-66
• 第六章 總結(jié)與展望66-69
• 6.1 主要成果總結(jié)66-67
• 6.2 展望與設(shè)想67-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的相關(guān)科研成果73-74
• 致謝74-76

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：828272