【摘要】：頁(yè)巖本構(gòu)關(guān)系既是對(duì)頁(yè)巖力學(xué)性質(zhì)的描述,又是頁(yè)巖壓裂改造的理論依據(jù)。頁(yè)巖包含大量的微裂隙、裂縫、層理等宏細(xì)觀缺陷,缺陷影響著頁(yè)巖的力學(xué)性質(zhì),因此構(gòu)建頁(yè)巖本構(gòu)模型需對(duì)宏細(xì)觀缺陷加以考慮。本文通過(guò)三軸壓縮實(shí)驗(yàn)和ABAQUS有限元軟件數(shù)值模擬相結(jié)合,分析了細(xì)宏觀缺陷對(duì)頁(yè)巖力學(xué)性質(zhì)的影響,依據(jù)巖石力學(xué)理論基礎(chǔ)建立了考慮細(xì)宏觀缺陷的頁(yè)巖損傷本構(gòu)模型。本文研究成果如下:(1)數(shù)值模擬結(jié)果顯示:在細(xì)觀損傷處易發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象;細(xì)觀損傷的存在影響著巖樣的破壞形式;隨著細(xì)觀損傷的數(shù)目從0增加到20,破裂壓力從18.04MPa減小到15.36MPa,即巖石更易發(fā)生破壞。(2)頁(yè)巖三軸壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:當(dāng)裂縫深度從0mm增加到12.5mm時(shí),對(duì)應(yīng)的頁(yè)巖峰值壓力從106.2MPa減小到72.3MPa;當(dāng)裂縫條數(shù)從1條增加到4條時(shí),峰值壓力從85.5MPa減小到70MPa;頁(yè)巖峰值應(yīng)力和彈性模量隨著角度增大呈現(xiàn)出凹形變化的規(guī)律,45°裂縫對(duì)應(yīng)的峰值應(yīng)力最小,其值為85.5MPa;隨著裂縫填充物(方解石)百分比的增加,彈性模量和峰值應(yīng)力變化呈現(xiàn)為凹形,即先減小再增加,在含量為50%時(shí)值最小,其值為85MPa;通過(guò)對(duì)頁(yè)巖壓后的照片進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)樣品主要發(fā)生剪切破壞,并且破裂面與裂縫角度有關(guān)。(3)假設(shè)巖石微元強(qiáng)度服從韋伯分布,并以莫爾庫(kù)倫準(zhǔn)則表示微元強(qiáng)度,推導(dǎo)細(xì)觀損傷變量;根據(jù)斷裂力學(xué)和損傷力學(xué)推導(dǎo)出單軸壓縮的宏觀損傷變量,再對(duì)宏、細(xì)觀損傷變量進(jìn)行耦合,最終得到單軸壓縮載荷下的考慮宏細(xì)觀缺陷的頁(yè)巖損傷本構(gòu)模型,將模型計(jì)算的應(yīng)力-應(yīng)變曲線與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)二者吻合較好,表明所建立單軸壓縮模型是正確的。(4)結(jié)合三軸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),通過(guò)引入實(shí)測(cè)應(yīng)力、實(shí)測(cè)應(yīng)變推導(dǎo)細(xì)觀損傷變量表達(dá)式,根據(jù)裂隙巖體的等效柔度矩陣與完整巖樣的柔度矩陣推導(dǎo)出三軸壓縮下的宏觀損傷變量表達(dá)式,依據(jù)Lemaitre應(yīng)變等價(jià)性原理推導(dǎo)出耦合宏細(xì)觀缺陷的損傷變量表達(dá)式,最終建立三軸壓縮載荷下考慮宏細(xì)觀缺陷的頁(yè)巖損傷本構(gòu)模型,將三軸模型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線與實(shí)驗(yàn)曲線對(duì)比,發(fā)現(xiàn)二者吻合較好,并通過(guò)分析裂縫深度、角度、條數(shù)對(duì)峰值應(yīng)力的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)該規(guī)律與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同,從而可說(shuō)明所建立本構(gòu)模型的正確性。
【圖文】：

為了解決這一現(xiàn)狀，各國(guó)已經(jīng)加速了對(duì)非常規(guī)能源資料分析到，頁(yè)巖氣資源將會(huì)在未來(lái)成為一種主流的非國(guó)頁(yè)巖氣革命的成功，使得美國(guó)頁(yè)巖氣進(jìn)入商業(yè)開(kāi)發(fā)階光[1-2]。天然氣作為一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保的能源，受到大家關(guān)球探明的頁(yè)巖氣可采資源總地質(zhì)儲(chǔ)量為 6.15×106億方.35×105億方。我國(guó)頁(yè)巖氣資源量豐富，頁(yè)巖氣的快速開(kāi)大的戰(zhàn)略意義。從 EIA 的預(yù)測(cè)結(jié)果得知，預(yù)計(jì)在 203104億方[3]。對(duì)頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)力度不斷加大，在地質(zhì)條件方面，中國(guó)國(guó)海相頁(yè)巖的特點(diǎn)是成熟度高并具有復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，大、成熟度低，因此美國(guó)關(guān)于頁(yè)巖氣的開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)頁(yè)巖氣開(kāi)采當(dāng)中，現(xiàn)在本國(guó)關(guān)于頁(yè)巖氣的開(kāi)采正面臨著吸取國(guó)外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上探索前進(jìn)。中國(guó)頁(yè)巖氣的生產(chǎn)始×108方，預(yù)計(jì)在 2020 年中國(guó)頁(yè)巖氣的開(kāi)采量將會(huì)達(dá) 氣在我國(guó)能源方面將扮演著至關(guān)重要的角色[4]。

添加不同傾角、不同深度、不同條對(duì)其進(jìn)行三軸壓縮實(shí)驗(yàn)，分析宏觀學(xué)性質(zhì)的影響型的建立賦予不同的細(xì)觀缺陷難以統(tǒng)計(jì)，而，因此采用數(shù)值模擬方法研究細(xì)觀缺單軸壓縮載荷下力學(xué)性質(zhì)的影響，寸的大小依據(jù)文獻(xiàn)[70]進(jìn)行建立，，分，每個(gè)網(wǎng)格的邊長(zhǎng)為 1mm 的正方條件為：僅僅允許在垂直方向上運(yùn)，這樣才能更好的符合實(shí)驗(yàn)的真
【學(xué)位授予單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TE31

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本文編號(hào)：2683466