【摘要】：水力壓裂技術具有廣闊的應用背景,文章綜述了巖石斷裂力學以及水力壓裂數(shù)值模擬的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀;簡要概括了巖體介質(zhì)的基本理論和斷裂力學基礎;介紹了孔隙度、飽和度、有效應力、滲透性等巖體參數(shù);簡述了斷裂力學中三種基本裂紋的類型、裂紋的尖端場、位移場以及線彈性裂紋斷裂準則;詳細分析了滲流-應力流固耦合的機理、多孔介質(zhì)中流體的滲流規(guī)律以及應力平衡方程和滲流連續(xù)方程;介紹了孔壓粘聚單元模型、粘聚定律、粘聚單元結構以及粘聚裂紋的本構關系。針對巖體水力壓裂的裂紋擴展問題,基于Cohesive單元建立了二維孔壓粘聚型裂紋模型,采用二次應力失效斷裂準則及臨界能量釋放率裂紋擴展準則,判斷裂紋起裂擴展規(guī)律,建立了一種新的巖體水力壓裂數(shù)值分析方法。對不同壓裂液粘度和巖體彈性模量條件下的裂紋擴展形態(tài)進行了模擬,分析了壓裂液粘度對裂紋面壓力梯度及裂紋形態(tài)的影響,不同彈性模量巖體中裂紋的擴展形態(tài)。建立了三維粘聚孔壓力模型,對兩條平行的巖體裂紋進行壓裂模擬,得到了彈性模量和注入速率對平行裂紋擴展形態(tài)的影響。通過模擬并對結果進行分析:壓裂液粘度越大,水壓沿著裂紋面下降的速度越快;臨界寬度和臨界長度是判斷裂紋做為孔隙通道還是導流通道的重要依據(jù);適當增加壓裂液粘度會擴寬裂紋長度和寬度;巖體彈性模量越大,裂紋越細長;彈性模量越小,裂紋越寬短。彈性模量較大的巖體裂紋在平行壓裂過程中,處于主導地位,其決定裂紋的擴展形態(tài)。壓裂液注射速率越快,巖體裂紋越長,且增長值比較明顯,說明壓裂速度是影響裂紋形態(tài)的一個重要因素。
【學位授予單位】：河南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE357.1

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