【摘要】：四川盆地邊緣渝東南地區(qū)油氣藏主要為泥頁(yè)巖,作為我國(guó)重點(diǎn)勘探開發(fā)的頁(yè)巖氣藏地區(qū)之一,其蓋層連續(xù)性好,發(fā)育程度高,一旦開采技術(shù)成熟后可高效地采出頁(yè)巖氣,為緩解我國(guó)天然氣短缺提供有力保障。但由于頁(yè)巖氣勘探與開采過程中對(duì)于頁(yè)巖的力學(xué)性質(zhì)不甚了解,特別是對(duì)其橫觀各向同性理論還需完善,從而導(dǎo)致頁(yè)巖氣開采過程中水力壓裂優(yōu)化問題和井壁失穩(wěn)問題突出,頁(yè)巖氣不能大規(guī)模高效采出。因此,研究渝東南地區(qū)頁(yè)巖的力學(xué)性質(zhì),可以為頁(yè)巖氣高效開采提供必要的理論支撐。本文針對(duì)頁(yè)巖的橫觀各向同性,利用物理力學(xué)實(shí)驗(yàn),理論分析以及有限元法數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法,對(duì)不同層理角度下含預(yù)制裂紋橫觀各向同性頁(yè)巖的巴西劈裂力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究,主要內(nèi)容如下:(1)對(duì)不同層理角度橫觀各向同性頁(yè)巖的巴西劈裂實(shí)驗(yàn),利用高速攝像機(jī)以及聲發(fā)射監(jiān)測(cè)等手段,對(duì)頁(yè)巖試件加載全過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,得出層理角度對(duì)橫觀各向同性頁(yè)巖巴西劈裂力學(xué)性質(zhì)的影響,并結(jié)合橫觀各向同性體本構(gòu)理論,計(jì)算出橫觀各向同性頁(yè)巖的彈性參數(shù)E、v、E?、v?和G?的值。(2)利用高速攝像以及聲發(fā)射監(jiān)測(cè)等方法,通過對(duì)不同層理角度下含預(yù)制裂紋的巴西圓盤進(jìn)行實(shí)驗(yàn),根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得到的載荷—位移特性、聲發(fā)射監(jiān)測(cè)和高速攝像監(jiān)測(cè)結(jié)果,分析了在層理面和預(yù)制裂紋共同作用下橫觀各向同性頁(yè)巖巴西劈裂的力學(xué)性質(zhì)、裂紋擴(kuò)展形態(tài)以及試件破壞模式,得出當(dāng)層理角度α和預(yù)制裂紋角度β相等且分別等于30°、45°和60°以及α=0°,β=90°和α=90°,β=0°時(shí),試件峰值載荷下降十分明顯,基本處于所有試件峰值載荷結(jié)果中的較低水平。(3)結(jié)合頁(yè)巖巴西劈裂實(shí)驗(yàn)和含預(yù)制裂紋頁(yè)巖巴西劈裂的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對(duì)比分析了預(yù)制裂紋對(duì)橫觀各向同性頁(yè)巖巴西劈裂力學(xué)性質(zhì)的影響,得出預(yù)制裂紋嚴(yán)重削弱巴西圓盤試件的強(qiáng)度,同時(shí)預(yù)制裂紋也影響巴西劈裂圓盤試件的裂紋擴(kuò)展形態(tài)和最終破壞模式,即當(dāng)β=30°且0°≤α60°時(shí),和30°β≤90°時(shí),相較于層理面,預(yù)制裂紋是頁(yè)巖巴西劈裂力學(xué)性質(zhì)的主要影響因素,對(duì)巴西圓盤破壞起主導(dǎo)作用;當(dāng)β=0°時(shí),預(yù)制裂紋主要影響的是圓盤試件強(qiáng)度,對(duì)圓盤試件破壞模式影響較小。(4)運(yùn)用ABAQUS有限元軟件,以實(shí)驗(yàn)測(cè)得的彈性參數(shù)為基礎(chǔ),建立了不同層理和預(yù)制裂紋組合下的巴西劈裂數(shù)值模型,計(jì)算結(jié)果顯示裂紋擴(kuò)展及最終破壞形態(tài)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為一致,表明采用ABAQUS有限元軟件進(jìn)行橫觀各向同性頁(yè)巖力學(xué)性質(zhì)研究的可行性。此外,通過對(duì)試件上應(yīng)力分布變化分析可知裂紋擴(kuò)展過程為:裂紋尖端處首先形成應(yīng)力集中,在達(dá)到最大臨界主應(yīng)力后,裂紋開始起裂,此后,裂紋沿垂直于最大主應(yīng)力的方向擴(kuò)展。
【圖文】：

（e）CSTBD 試件 （f）HCFBD 試件圖 1.1 五種不同形狀的圓盤試件Fig1.1 Five disc specimens of different shapes標(biāo)和技術(shù)路線標(biāo)預(yù)制裂紋和層理弱面共同作用對(duì)頁(yè)巖物理力學(xué)性質(zhì)的紋角度和層理角度的橫觀各向同性頁(yè)巖巴西劈裂實(shí)驗(yàn)變測(cè)試系統(tǒng)、聲發(fā)射系統(tǒng)和高速攝像系統(tǒng)，，研究預(yù)制裂向同性力學(xué)性質(zhì)的影響，觀測(cè)并分析不同預(yù)制裂紋角性頁(yè)巖破壞的裂紋擴(kuò)展過程以及頁(yè)巖破壞產(chǎn)生的聲發(fā)線理面與水平夾角 α的頁(yè)巖圓盤進(jìn)行橫觀各向同性頁(yè)巖5°和 90°，采用巴西劈裂法計(jì)算橫觀各向同性頁(yè)巖彈性。

技術(shù)路線流程圖
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE311

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2626143