【摘要】：煤層脈動(dòng)壓裂技術(shù)的核心是在周期性變化的脈動(dòng)壓力作用下,通過(guò)脈動(dòng)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(dòng)應(yīng)力,一方面使煤巖損傷強(qiáng)度降低,另一方面當(dāng)擾動(dòng)應(yīng)力達(dá)到煤巖相應(yīng)強(qiáng)度極限后使煤巖發(fā)生破裂產(chǎn)生裂縫。然而,目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)煤層脈動(dòng)壓裂的研究大多集中于通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定脈動(dòng)條件下裂縫延伸的臨界壓力,并分析不同脈動(dòng)應(yīng)力波參數(shù)和煤巖力學(xué)性質(zhì)對(duì)裂縫起裂延伸力學(xué)條件的影響,但對(duì)煤層脈動(dòng)壓裂井眼起裂和裂縫擴(kuò)展擾動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)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(kāi)展了煤巖力學(xué)參數(shù)測(cè)試,獲取了抗拉強(qiáng)度、抗剪切強(qiáng)度和三軸抗壓強(qiáng)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(xiàn)彈性疊加理論,將初始地應(yīng)力場(chǎng)與脈動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)疊加,建立了脈動(dòng)壓裂煤層擾動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值計(jì)算模型;通過(guò)對(duì)數(shù)值模型求解分析了脈動(dòng)參數(shù)、地應(yīng)力條件和煤巖參數(shù)對(duì)井眼起裂應(yīng)力場(chǎng)的影響,研究了脈動(dòng)參數(shù)、裂縫長(zhǎng)度以及裂縫與水平最大主應(yīng)力方向夾角對(duì)裂縫擴(kuò)展應(yīng)力場(chǎng)的影響�；诿}動(dòng)壓裂巖石應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)滯回環(huán)所反映的能量演化特征,建立了全新的描述脈動(dòng)壓裂過(guò)程中巖石損傷演化的計(jì)算模型,并應(yīng)用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。研究表明對(duì)于特定壓裂煤層,脈動(dòng)應(yīng)力水平一定時(shí),提高脈動(dòng)頻率,有利于加速煤巖損傷,降低煤巖強(qiáng)度;脈動(dòng)頻率一定時(shí),脈動(dòng)應(yīng)力水平對(duì)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(shí),累積損傷變量隨脈動(dòng)應(yīng)力水平的增加而增大。論文建立了煤層脈動(dòng)壓裂擾動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值計(jì)算模型,計(jì)算分析了脈動(dòng)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(dòng)循環(huán)載荷下的巖石損傷演化模型,揭示了脈動(dòng)壓裂煤損傷演化規(guī)律,為煤層脈動(dòng)壓裂施工方案設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
【圖文】：

圖 1.1 技術(shù)路線(xiàn)論研究、數(shù)值模擬和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，通過(guò)理論研究和數(shù)值模擬提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；通過(guò)理論研究算模型和損傷演化模型，并分析了脈動(dòng)應(yīng)力水平與；通過(guò)數(shù)值模擬分析不同參數(shù)對(duì)擾動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TD313

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2609970