能源是人類生存和發(fā)展的重要物質基礎,天然氣和非化石能源已成為世界能源發(fā)展的主要方向。頁巖氣是賦存于有機質泥頁巖中的非常規(guī)天然氣,在我國其儲量位居世界第一。頁巖氣儲層致密低滲且含有大量天然層理,具有強非均質性和各向異性特點,須通過水力壓裂技術才能獲得商業(yè)產(chǎn)能,常規(guī)水力壓裂裂紋擴展理論不能完全適用頁巖儲層。為了揭示非均質各向異性頁巖氣儲層水力壓裂裂紋的擴展規(guī)律,論文采用實驗、理論和數(shù)值模擬相結合方法開展研究,主要研究工作及成果如下:(1)自主研制了具有多手段識別裂縫的真三軸水力壓裂實驗系統(tǒng),開展了頁巖各向異性力學特性和頁巖原巖及相似材料模型水力壓裂實驗,得到了頁巖垂直與平行層理方向單軸加載應力-應變關系及破裂強度指標和頁巖水力壓裂受層理和應力等因素影響的裂紋擴展規(guī)律:水力壓裂裂紋擴展由地應力、層理方位以及頁巖層理和頁巖基質強度共同決定。(2)利用復變函數(shù)理論分析得到裂紋尖端應力狀態(tài),通過比較壓裂裂縫遇層理時沿原方向和轉向層理方向擴展時所需注水壓力,建立了水力壓裂裂紋遇層理后的擴展判據(jù),并引入層理和頁巖基質臨界強度比指標,得到頁巖水力壓裂裂紋在不同地應力、層理方位和頁巖層理及頁巖基質強度條件...

【文章頁數(shù)】：170 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

１．１研究目的和意義??隨著全球經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，尤其是發(fā)展中國家工業(yè)化程度的不斷提升，能源的消費量??急劇增長。根據(jù)中國國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)［１］顯示近五年我國ＧＤＰ和ＥＴＣ變化曲線（圖１．１），??從中可知我國的國民經(jīng)濟發(fā)展程度與能源消費量密切相關。而中國長期處于煤多、油貧、??氣少....

?年份??圖１．３近５年美國各類天然氣產(chǎn)量?圖１．４美國能源供給變化曲線??Ｆｉｇ．?１．３?Ａｌｌ?ｋｉｎｄｓ?ｏｆ?ｎａｔｕｒａｌ?ｇａｓ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?Ｆｉｇ．?１．４?Ｖａｒｉａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｕ．Ｓ．??ｏｆ?ｔｈｅ?Ｕ．Ｓ．?ｉｎ?ｒｅｃｅ....

?美國近五年各類天然氣產(chǎn)量所示，頁巖氣開采的迅速發(fā)展使美國天然氣總產(chǎn)量迅速攀升，??能源行業(yè)發(fā)生了很大的轉變（見圖１．４），美國有望由能源進口國轉變?yōu)槟茉闯隹趪�。除�??國之外，加拿大、澳大利亞及中國等也較早開始了頁巖氣的勘探開發(fā)，表１．１是ＥＡＩ于２０１３??年發(fā)布的世界技術可....

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本文編號：3990073