【摘要】：水力壓裂是利用流體的壓力抬升巖土體并形成斷裂裂縫的過程。近些年來,臨近自由表面的近表面水力壓裂技術(shù)的應(yīng)用前景也逐漸引起了眾多相關(guān)學(xué)者的興趣。近表面水力壓裂技術(shù)不僅在水平井分段壓裂過程中控制壓裂效果,防治地下淺層污染,在礦洞內(nèi)預(yù)先誘導(dǎo)可控制的崩塌來增加產(chǎn)量并保護礦洞整體穩(wěn)定等方面有著重要的作用。其對于由深成巖所形成巖蓋的生成,火山噴發(fā)等自然界中的物理現(xiàn)象的解釋也有著重要的分析價值。而到目前為止,國外學(xué)者對于近表面水力壓裂技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)進行了十數(shù)年而國內(nèi)對于該技術(shù)所進行的相關(guān)研究還非常的少。本文將采用使用近表面水力壓裂模型試驗以及采用有限元(ABAQUS)軟件中的cohesive模塊進行數(shù)值模擬的方法對壓裂液注入速度以及壓裂液粘度等多種原因?qū)α芽p形態(tài)等所造成的影響進行研究。本文在吸收了國際上公認的將近表面水力壓裂裂縫下表面模型化為剛性板,上表面模型化為彈性薄膜的理論,在借鑒了國外近表面水力壓裂試驗的經(jīng)驗的基礎(chǔ)上改進后搭建的近表面水力壓裂試驗臺進行室內(nèi)模型試驗,在模型試驗中通過控制變量的方法,改變壓裂液的注入速度以及壓裂液的粘度等條件,觀察并記錄各種情況下近表面裂縫擴展的形態(tài)和趨勢的區(qū)別后進行分析。除此之外,本文還借助搭建的試驗臺進行了鼓包試驗用以測算薄膜的剝離強度。應(yīng)用有限元ABAQUS軟件的cohesive單元進行水力壓裂的仿真數(shù)值模擬,同樣通過改變數(shù)值模擬中的壓裂液的排量以及壓裂液粘度對應(yīng)室內(nèi)試驗中改變壓裂液注入速度以及壓裂液粘度的方式對室內(nèi)模型試驗結(jié)果進行驗證。本文利用室內(nèi)試驗與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,驗證壓裂液的注入速度以及壓裂液的粘度等因素對于裂縫擴展及其形態(tài)的影響,當壓裂液粘度較大時,會形成短而寬的裂縫;當壓裂液的粘度較小時,會形成窄而長的裂縫。對近表面水力壓裂在實際應(yīng)用者有一定的指導(dǎo)作用。
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TE377;O346.1
【圖文】：

中國地質(zhì)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文第1章 緒論.1 研究背景及目的.1.1 研究背景水力壓裂是一種由于液壓抬高而在巖體或土體中引起裂縫產(chǎn)生與擴展的。自從人們發(fā)現(xiàn)此類現(xiàn)象以來，其一直是眾多領(lǐng)域的研究熱點。在水平井進段壓裂時會形成近似的近表面水力壓裂效應(yīng)。而對于其分段壓裂時對裂縫的等影響因素的研究同樣對水力壓裂的效果有明顯的影響。

第 1 章 緒論偏向于近表面。此外，在異常堅硬的地層中水平生長的裂縫可以利用類似于臨近自由表面的水力壓裂做用形式與軟弱底層（例如煤層）進行相互作用。此項技術(shù)也正在被開發(fā)利用于通過向地下注入城市廢物垃圾來儲存垃圾以及處理石油鉆井作業(yè)中的巖石碎屑。近表面水力壓裂的應(yīng)用所形成的裂縫可能是巨大的，因此需要進行相關(guān)的研究來最小化形成的壓裂裂縫與地球本身裂縫產(chǎn)生相互作用而造成的風(fēng)險。

圖 1-2 水力壓裂處理來誘導(dǎo)頂部發(fā)生崩塌的示意圖于超出工業(yè)利用范疇的近表面水力壓裂技術(shù)的應(yīng)用，其中一項為近軸火山現(xiàn)象的形成機制所進行的研究�；鹕絿姲l(fā)口距離真點相距幾公里的現(xiàn)象。有相關(guān)研究學(xué)者提出，地下巖漿從軟弱弱層內(nèi)流動來驅(qū)使裂縫擴展，這種裂縫會逐漸發(fā)生偏折并最終形成火山噴發(fā)現(xiàn)象。

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