水壓致裂工藝廣泛應(yīng)用于石油天然氣增產(chǎn)、煤層氣開采、地應(yīng)力測(cè)量等工程領(lǐng)域。水壓致裂過程涉及滲流、應(yīng)力、變形、損傷、微裂隙萌生和擴(kuò)展等復(fù)雜的物理過程,是巖石力學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。本文以改進(jìn)剛體彈簧方法為基礎(chǔ),結(jié)合等效離散裂隙網(wǎng)絡(luò)模型,提出了二維巖石水壓致裂模擬方法,并對(duì)厚壁圓筒進(jìn)行了水壓致裂的數(shù)值模擬。本文主要工作如下:(1)以隨機(jī)均布Voronoi網(wǎng)格為基礎(chǔ),提出了等效離散裂隙網(wǎng)絡(luò),用于孔隙介質(zhì)穩(wěn)定非穩(wěn)定滲流模擬,并建立了細(xì)觀滲流參數(shù)和宏觀滲流參數(shù)的轉(zhuǎn)換方法。通過與一維非穩(wěn)定滲流解析解的對(duì)比,驗(yàn)證了等效離散裂隙網(wǎng)絡(luò)模型的適用性。(2)基于biot理論,建立了水壓和力學(xué)響應(yīng)耦合算法,并推導(dǎo)了彈性條件下厚壁圓筒水力耦合解析公式,通過與已知的彈性理論得到的解析解對(duì)比,以及與數(shù)值解的對(duì)比,驗(yàn)證了本文推導(dǎo)出的解析理論和提出的數(shù)值模型的準(zhǔn)確性。(3)結(jié)合改進(jìn)剛體彈簧方法和等效離散裂隙網(wǎng)絡(luò)模型,提出了一種新的脆性巖石水壓致裂過程離散介質(zhì)力學(xué)模型,重點(diǎn)研究了Biot系數(shù)對(duì)水壓致裂過程的影響。研究表明,Biot系數(shù)作為反映水力耦合效應(yīng)的重要參數(shù),對(duì)水壓致裂過程中的位移和破壞強(qiáng)度有顯著影響,Biot系數(shù)越大,所需的壓裂壓力越小。(4)進(jìn)一步將提出的模型進(jìn)行拓展,探討了圍壓和非穩(wěn)定滲流對(duì)脆性巖石水壓致裂過程的影響。研究表明,在非穩(wěn)定滲流框架下,瞬態(tài)流動(dòng)的影響是突出的。非穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)下的內(nèi)部流體峰值壓力明顯小于穩(wěn)定滲流狀態(tài)下的峰值內(nèi)水壓力。
【學(xué)位單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TE377
【部分圖文】：

Pa1MPa Pa 0.1 MPa0.0 0.5 1.0 819 4.12 Biot Pa Pb 4.13 4-6E/GPa B/MPa-1C/MPa T/MPa50 0.1 0.19 92 6.64
【參考文獻(xiàn)】

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10 潘鵬志;馮夏庭;吳紅曉;孫峰;周輝;;水壓致裂過程的彈塑性細(xì)胞自動(dòng)機(jī)模擬[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);2011年05期

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本文編號(hào)：2866711