页岩在三轴应力状态下力学性能研究

发布时间：2023-09-16 09:27

　　随着全球经济的快速发展,各国对能源的需要急剧增加。常规能源由于开发技术的成熟,要想增加产量基本不太可能,并且在未来可能面临枯竭的危险,各国纷纷寻求可代替常规能源的新能源。页岩气由于其储量巨大备受关注。随着美国页岩气成功开发,其他国家陆续加入了对页岩气的研究中。我国页岩气的研究起步较晚,但是发展迅猛。借鉴于国外的水力压裂技术,也开发了大量页岩气资源。由于我国页岩储层和美国有显著的差异。我国页岩气储层普遍埋藏较深,在使用水力压裂技术方面还存在很多问题:钻井深度的增加导致施工的难度加大;天然裂缝的发育使得压裂液滤失较大;储层破坏压力的变化,容易产生复杂裂纹等。为了从根本上改进和完善水力压裂技术在我国页岩气开采中的应用,需要全面了解页岩的力学特性,从本质上认识页岩裂纹扩展规律及破坏形式。本文主要从实验和数值模拟两方面对页岩力学性能进行研究。在实验中,研究了围压对页岩力学性能的影响,并得到了基本的力学参数;用Brittle cracking和Drucker-Prager模型对材料的力学行为进行了数值模拟,研究了材料的失效形式,并将数值模拟的结果与实验结果进行了对比,得到了以下结论:(1)对页岩材...

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国内研究现状
        1.2.2 国外研究现状
    1.3 本文的研究目的和意义
        1.3.1 研究目的
        1.3.2 研究意义
    1.4 本文研究内容与方法
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 研究方法
2 页岩力学特性实验研究
    2.1 岩石材料的构成以及物理性质
        2.1.1 岩石材料的构成
        2.1.2 岩石材料的基本物理性质
    2.2 岩石材料的力学性能
        2.2.1 岩石材料的抗压强度
        2.2.2 岩石材料的抗拉强度和抗剪强度
    2.3 岩石材料力学性能实验研究
        2.3.1 RLW-2000M微机控制煤岩流变仪
        2.3.2 岩石样本的采集
        2.3.3 岩石试件的制备
        2.3.4 实验结果及分析
    2.4 本章小结
3 基于Brittle cracking模型的数值模拟
    3.1 有限单元法
        3.1.1 单元位移模式及插值函数
        3.1.2 单元应变
        3.1.3 单元应力
        3.1.4 单元刚度矩阵
        3.1.5 整体刚度矩阵
        3.1.6 弹性力学问题有限元分析的执行步骤
    3.2 Brittle cracking脆性开裂模型
    3.3 基于Brittle cracking模型的有限元建模
        3.3.1 建立二维平面应变有限元模型及划分网格
        3.3.2 计算结果及分析
        3.3.3 建立三维实体有限元模型及网格划分
        3.3.4 计算结果及分析
    3.4 本章小结
4 基于Drucker-Prager模型的数值模拟
    4.1 Drucker-Prager模型
    4.2 基于Drucker-Prager模型的有限元建模
        4.2.1 建立有限元模型及划分网格
        4.2.2 计算结果及分析
    4.3 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录
    A.作者在攻读学位期间发表的论文目录



本文编号：3846758