【摘要】：煤層脈動壓裂技術(shù)的核心是在周期性變化的脈動壓力作用下,通過脈動應(yīng)力波的反射、疊加和能量聚積效應(yīng)在煤層內(nèi)部產(chǎn)生擾動應(yīng)力,一方面使煤巖損傷強度降低,另一方面當(dāng)擾動應(yīng)力達到煤巖相應(yīng)強度極限后使煤巖發(fā)生破裂產(chǎn)生裂縫。然而,目前國內(nèi)外學(xué)者對煤層脈動壓裂的研究大多集中于通過實驗確定脈動條件下裂縫延伸的臨界壓力,并分析不同脈動應(yīng)力波參數(shù)和煤巖力學(xué)性質(zhì)對裂縫起裂延伸力學(xué)條件的影響,但對煤層脈動壓裂井眼起裂和裂縫擴展擾動應(yīng)力場的數(shù)值模擬和煤巖損傷演化規(guī)律的研究還十分有限。本文首先開展了煤巖力學(xué)參數(shù)測試,獲取了抗拉強度、抗剪切強度和三軸抗壓強度等關(guān)鍵力學(xué)參數(shù),為理論和數(shù)值模擬研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù);依據(jù)線彈性疊加理論,將初始地應(yīng)力場與脈動應(yīng)力場疊加,建立了脈動壓裂煤層擾動應(yīng)力場數(shù)值計算模型;通過對數(shù)值模型求解分析了脈動參數(shù)、地應(yīng)力條件和煤巖參數(shù)對井眼起裂應(yīng)力場的影響,研究了脈動參數(shù)、裂縫長度以及裂縫與水平最大主應(yīng)力方向夾角對裂縫擴展應(yīng)力場的影響�；诿}動壓裂巖石應(yīng)力-應(yīng)變曲線滯回環(huán)所反映的能量演化特征,建立了全新的描述脈動壓裂過程中巖石損傷演化的計算模型,并應(yīng)用實驗數(shù)據(jù)對模型進行了驗證。研究表明對于特定壓裂煤層,脈動應(yīng)力水平一定時,提高脈動頻率,有利于加速煤巖損傷,降低煤巖強度;脈動頻率一定時,脈動應(yīng)力水平對累積損傷有顯著影響,衡量損傷的耗散能占總能量的比例隨應(yīng)力水平增加而增加時,累積損傷變量隨脈動應(yīng)力水平的增加而增大。論文建立了煤層脈動壓裂擾動應(yīng)力場數(shù)值計算模型,計算分析了脈動載荷下井眼最大周向應(yīng)力和裂縫尖端最大拉應(yīng)力的變化規(guī)律;推導(dǎo)了脈動循環(huán)載荷下的巖石損傷演化模型,揭示了脈動壓裂煤損傷演化規(guī)律,為煤層脈動壓裂施工方案設(shè)計提供了理論依據(jù)。
【圖文】：

圖 1.1 技術(shù)路線論研究、數(shù)值模擬和室內(nèi)實驗相結(jié)合的方法，通過理論研究和數(shù)值模擬提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；通過理論研究算模型和損傷演化模型，并分析了脈動應(yīng)力水平與；通過數(shù)值模擬分析不同參數(shù)對擾動應(yīng)力場的影響

取樣煤巖
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TD313

【參考文獻】

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本文編號：2609970