【摘要】：非常規(guī)油氣是一種儲(chǔ)量豐富的清潔能源,但其儲(chǔ)層滲透率非常低。水力壓裂技術(shù)向儲(chǔ)層泵入高壓流體,強(qiáng)迫儲(chǔ)層形成復(fù)雜縫網(wǎng),從而大幅提高巖體滲透率,能顯著增加非常規(guī)油氣開發(fā)效率。水力壓裂研究手段主要有現(xiàn)場試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬。本論文從不連續(xù)位移數(shù)值法出發(fā),設(shè)計(jì)了一種流固弱耦合算法,編制了計(jì)算程序COUPLE.m,用于模擬水驅(qū)裂縫擴(kuò)展及流體向巖體內(nèi)部的滲透行為。具體內(nèi)容包括:(1)將J積分和M積分計(jì)算理論應(yīng)用到不連續(xù)位移法中,設(shè)計(jì)了一種高精度的應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算方法,可用于準(zhǔn)確預(yù)判裂縫的擴(kuò)展行為。數(shù)值算例表明該方法比常規(guī)的裂尖單元算法精度有大幅提高,而且增加不連續(xù)位移單元數(shù)量可進(jìn)一步提高計(jì)算精度。(2)從飽和擴(kuò)散方程獲取瞬時(shí)點(diǎn)源解,以瞬時(shí)點(diǎn)源解為基礎(chǔ)給不連續(xù)位移單元附加了滲透屬性,并指明了流固耦合過程中裂縫物理邊界的判定方法。將滲流計(jì)算而得的流體體積值作為不連續(xù)位移計(jì)算的邊界條件;而不連續(xù)位移值,將作為物理邊界條件進(jìn)行滲透計(jì)算,彼此迭代獲取縫寬、縫內(nèi)壓及場點(diǎn)孔壓的變化規(guī)律。該方法是一種弱流固耦合方法,同時(shí)也是一種非線性算法。雖不引入新的自由度,但迭代過程中縫內(nèi)壓是未知量,需要修改不連續(xù)位移法計(jì)算程序的求解器。本論文不進(jìn)行求解器修改,從二分法角度,在縫內(nèi)流體體積已經(jīng)給定的條件下,數(shù)值搜尋裂縫內(nèi)壓,該方法收斂速度很快,且可準(zhǔn)確獲取裂縫內(nèi)壓。數(shù)值算例表明,不論是瞬時(shí)注入,持續(xù)注入或者是先注入后停注,該算法都可模擬任意時(shí)刻裂縫任意位置的縫寬及任意時(shí)刻任意場點(diǎn)的孔壓值。(3)結(jié)合裂縫擴(kuò)展和滲透,采用最大環(huán)向應(yīng)力為破裂準(zhǔn)則,編制了流固耦合計(jì)算程序COUPLE.m,用于模擬水驅(qū)裂縫擴(kuò)展和流體向巖體內(nèi)部的滲透行為。數(shù)值算例表明,水力壓裂中地應(yīng)力為雙向壓應(yīng)力,且縫內(nèi)有流體壓力。常規(guī)最大環(huán)向應(yīng)力破裂準(zhǔn)則以單向拉伸、裂縫面自由為背景,其破裂角的解析計(jì)算公式不適用于有雙向地應(yīng)力的水力壓裂情況。本論文采納最大環(huán)向應(yīng)力破裂準(zhǔn)則的思想,即認(rèn)為裂尖最大環(huán)向應(yīng)力處為裂縫潛在擴(kuò)展位置,通過在直徑與裂尖單元垂直的半圓弧范圍內(nèi)搜尋最大環(huán)向應(yīng)力,確定潛在破裂方向;而是否發(fā)生破裂則采用等效應(yīng)力強(qiáng)度因子來判定。這本質(zhì)上設(shè)計(jì)了一種數(shù)值破裂準(zhǔn)則,適用于任何復(fù)雜的裂縫幾何形狀和遠(yuǎn)場應(yīng)力狀態(tài)。本論文提供了數(shù)值算例,計(jì)算地應(yīng)力作用下I、II混合型水力裂縫的擴(kuò)展,是二維水力壓力彈性計(jì)算的最一般情況。算例表明,本論文編制的程序,能模擬任意遠(yuǎn)場應(yīng)力情況下水驅(qū)裂縫過程中的裂縫擴(kuò)展、縫寬變化以及孔壓場演化等規(guī)律。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE357.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 江懷友;鞠斌山;李治平;李鐘洋;;世界頁巖氣資源現(xiàn)狀研究[J];中外能源;2014年03期

2 鄒才能;張國生;楊智;陶士振;侯連華;朱如凱;袁選俊;冉啟全;李登華;王志平;;非常規(guī)油氣概念、特征、潛力及技術(shù)——兼論非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)[J];石油勘探與開發(fā);2013年04期

3 施明明;張友良;譚飛;;修正應(yīng)變能密度因子準(zhǔn)則及巖石裂紋擴(kuò)展研究[J];巖土力學(xué);2013年05期

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本文編號(hào)：2640696