【摘要】：水力壓裂的啟裂與擴(kuò)展是一個(gè)復(fù)雜非平衡、非線性的演化過程:一方面,研究水力壓裂裂縫的啟裂與擴(kuò)展對于壓裂設(shè)計(jì)和壓后產(chǎn)能評價(jià)有著重要的理論意義;另一方面,地下巖體是非透明、非均質(zhì)的材料,給巖石內(nèi)部裂縫擴(kuò)展和實(shí)現(xiàn)破壞的觀察帶來了非常大的困難。論文基于2013年研發(fā)的一套水力壓裂裂縫縫網(wǎng)模擬程序(SVFN)進(jìn)行研究,該軟件應(yīng)用邊界元的位移不連續(xù)法進(jìn)行計(jì)算,解決了有限元在模擬過程中不能有效處理裂縫尖端奇異性的問題,能模擬多條人工裂縫與大量天然微裂縫的互作用,及形成復(fù)雜裂縫縫網(wǎng)的動(dòng)態(tài)過程。在論文的撰寫過程中,用C++編程語言編程對SVFN的部分子程序進(jìn)行了編譯和程序調(diào)試。論文介紹了邊界元的位移不連續(xù)法,推導(dǎo)了多裂縫情況下應(yīng)力強(qiáng)度因子的求取并且給出了裂縫的開裂和延伸準(zhǔn)則。以數(shù)值模擬為主要研究方法,對體積壓裂過程中人工裂縫、天然微裂縫、人工裂縫與天然微裂縫的延伸、裂縫間的擴(kuò)展形態(tài),縫寬變化,互作用關(guān)系以及裂縫相交等方面進(jìn)行了研究。通過數(shù)值模擬及分析,總結(jié)了體積壓裂過程中裂縫破裂和轉(zhuǎn)向機(jī)理以及體積壓裂裂縫網(wǎng)絡(luò)形成的控制因素,體積壓裂效果的好壞受到地應(yīng)力大小,人工主裂縫和天然裂縫的長度、寬度、在地層中的方位、間距、密度、開啟或閉合等多重因素的影響。天然裂縫在30°時(shí)最容易開裂。人工裂縫內(nèi)壓力以及楊氏模量對裂縫寬度影響程度較大,其他如泊松比、水平地應(yīng)力、裂縫傾角對其影響相對較小。這為更好地進(jìn)行體積壓裂效果評價(jià)奠定了基礎(chǔ)。
[Abstract]:Fracture initiation and expansion of hydraulic fracturing is a complex and nonlinear evolution process. On the one hand, the study of fracture initiation and expansion of hydraulic fracturing is of great theoretical significance for fracturing design and post-fracturing productivity evaluation. On the other hand, the underground rock mass is non-transparent and heterogeneous, which brings great difficulties to the crack propagation and failure observation. This paper is based on a set of hydraulic fracturing fracture mesh simulation program (SVFN) developed in 2013. The software is calculated by discontinuous displacement method of boundary element. It solves the problem that the finite element method can not deal with the singularity of crack tip effectively, and can simulate the interaction between multiple artificial cracks and a large number of natural micro-cracks, and the dynamic process of forming complex fracture network. In the process of writing the thesis, some subprograms of SVFN are compiled and debugged by C programming language. In this paper, the displacement discontinuity method of boundary element is introduced, the stress intensity factor is derived in the case of multiple cracks, and the crack cracking and extension criteria are given. Taking numerical simulation as the main research method, this paper deals with the extension of artificial fracture, natural microfracture, artificial fracture and natural microfracture, the extension form of fracture and the variation of fracture width in the process of volume fracturing. The interaction relationship and fracture intersection are studied. Through numerical simulation and analysis, the fracture and turning mechanism during volume fracturing and the controlling factors of formation of volume fracturing fracture network are summarized, and the effect of volume fracturing is subjected to the magnitude of in-situ stress. The length, width, azimuth, spacing, density, opening or closing of the artificial and natural fractures are affected by many factors. Natural cracks are most likely to crack at 30 擄. The influence of pressure and Young's modulus on fracture width is greater than that of Poisson's ratio, horizontal in-situ stress and fracture dip angle. This lays a foundation for better evaluation of volume fracturing effect.
【學(xué)位授予單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE357.1

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本文編號：2325125