本文選題：巖石 + 水力壓裂�。� 參考：《燕山大學》2016年碩士論文

【摘要】：在巖石工程、石油天然氣工程及水利工程中,鉆孔巖石裂縫開裂方位裂縫擴展特征的研究是一個熱門課題,歷來受到學者們的關注。以往的研究大多局限于二維平面裂縫,三維地應力狀態(tài)下的巖石鉆孔裂縫的研究一直處于初級階段。本文采用有限元法對三維地應力狀態(tài)下鉆孔巖石裂縫開裂演化征進行了系統(tǒng)的分析,研究結論可指導巖石壓裂工程實踐,論文主要工作如下。本文給定了十二種三維地應力狀態(tài),基于巖石的彈塑性特征,運用有限元法計算出各種應力狀態(tài)下的開裂方位角,并與基于彈性理論計算結果進行對比。分析表明考慮巖石彈塑性特征的有限元方法計算得出的鉆孔巖石開裂方位角更加符合實際的壓裂狀況,其結果更為準確。采用XFEM(擴展有限元)法,在計算出的開裂方位角的基礎上分別對二維平面應變狀態(tài)下、三維豎直井地應力狀態(tài)下和三維斜井地應力狀態(tài)下的預制裂縫進行裂縫的擴展模擬計算,并從裂縫擴展路徑、裂尖應力變化、裂縫穿過單元的應力應變曲線、裂縫擴展過程中的能量變化等方面對計算結果進行了詳細的分析,得出了相應的裂縫擴展特征。
[Abstract]:In rock engineering, petroleum and natural gas engineering and water conservancy engineering, the research on the crack propagation characteristics of borehole rock crack orientation is a hot topic, which has always been concerned by scholars. Most of the previous studies are confined to two-dimensional plane fractures, and the study of rock borehole fractures under three-dimensional in-situ stress is always in the primary stage. In this paper, finite element method is used to systematically analyze the evolution of fracture cracking in borehole rock under three dimensional in-situ stress. The research conclusions can guide the practice of rock fracturing engineering. The main work of this paper is as follows. In this paper, twelve three dimensional stress states are given. Based on the elastoplastic characteristics of rock, the crack azimuth under various stress states is calculated by finite element method, and the results are compared with those based on elastic theory. The analysis shows that the azimuth angle of rock crack calculated by the finite element method considering the elastoplastic characteristics of rock is more consistent with the actual fracturing condition and the results are more accurate. Based on the calculated crack azimuth, the prefabricated fractures in 3D vertical well under ground stress state and in three dimensional inclined well in-situ stress state are simulated by using XFEM (extended finite element) method, and the fracture propagation simulation is carried out on the basis of the calculated crack azimuth angle, respectively, under the condition of 2D plane strain, 3D vertical well in-situ stress state and 3D inclined well geostress state. The calculation results are analyzed in detail from the aspects of crack propagation path, stress change of crack tip, stress-strain curve of fracture through element, energy change during crack propagation, and the corresponding crack propagation characteristics are obtained.
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU45

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本文編號：1921364