【摘要】：由于頁(yè)巖體層理面發(fā)育,孔隙度和滲透率低,導(dǎo)致其力學(xué)性質(zhì)呈現(xiàn)出明顯的各向異性,這些性質(zhì)關(guān)系到頁(yè)巖氣井的井壁穩(wěn)定性,會(huì)影響頁(yè)巖氣的開(kāi)采效率,給工程實(shí)踐帶了非常大的困難和安全隱患。因此,本文采用物理實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真相結(jié)合的方法,開(kāi)展了頁(yè)巖體的各向異性特征研究,分析其力學(xué)性質(zhì)和破壞特性,以實(shí)現(xiàn)安全鉆井,提高頁(yè)巖氣的開(kāi)采效率。本文的研究工作主要包括以下幾方面:(1)本文采用三維非接觸測(cè)量系統(tǒng)(Aramis)和單軸壓縮實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式,對(duì)頁(yè)巖體各向異性力學(xué)特性和破壞機(jī)理開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究,得出層理傾角對(duì)頁(yè)巖的峰值強(qiáng)度、彈性模量、主應(yīng)變、位移及破壞形態(tài)的影響規(guī)律。并采用RFPA2D軟件對(duì)物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行模擬驗(yàn)證,得到兩者結(jié)果吻合較好。同時(shí),佐證了采用該軟件模擬頁(yè)巖單軸壓縮實(shí)驗(yàn)的有效性。(2)基于巖石損傷機(jī)理,通過(guò)有限元模擬,研究了層理間距、層理強(qiáng)度、彈性模量、泊松比等因素對(duì)頁(yè)巖破壞強(qiáng)度和破壞模式的影響,得出不同條件下頁(yè)巖峰值強(qiáng)度變化規(guī)律及破壞特征。(3)以斷裂力學(xué)為基礎(chǔ),研究了單裂隙和雙裂隙存在條件下,頁(yè)巖峰值強(qiáng)度和破壞形態(tài)隨初始裂隙傾角、裂隙長(zhǎng)度以及巖橋傾角和長(zhǎng)度的變化規(guī)律。本文研究成果,有助加深對(duì)頁(yè)巖體力學(xué)性質(zhì)的認(rèn)識(shí),可為頁(yè)巖氣藏鉆井、壓裂開(kāi)發(fā)等提供理論指導(dǎo)。
[Abstract]:Due to the development of bedding plane and the low porosity and permeability of the rock mass, the mechanical properties show obvious anisotropy. These properties are related to the wellbore stability of shale gas wells and will affect the production efficiency of shale gas. It brings great difficulties and hidden dangers to engineering practice. Therefore, in this paper, the anisotropic characteristics of shale body are studied by combining physical experiments with numerical simulation, and its mechanical properties and failure characteristics are analyzed in order to realize safe drilling and improve the efficiency of shale gas production. The research work of this paper mainly includes the following aspects: (1) in this paper, the anisotropic mechanical properties and failure mechanism of the sheet rock mass are studied experimentally by the combination of three-dimensional non-contact measurement system (Aramis) and uniaxial compression experiment. The effects of bedding dip angle on the peak strength, elastic modulus, principal strain, displacement and failure morphology of shale are obtained. The physical experiment results are simulated by RFPA2D software, and the results are in good agreement with each other. At the same time, the validity of using the software to simulate shale uniaxial compression experiment is verified. (2) based on the damage mechanism of rock, the interval of bedding, the strength of bedding and the modulus of elasticity are studied by finite element simulation. The influence of Poisson's ratio and other factors on the failure strength and failure mode of shale is obtained, and the variation law and failure characteristics of shale peak strength under different conditions are obtained. (3) on the basis of fracture mechanics, the existence of single and double fractures is studied. The variation of the peak strength and failure pattern of shale with the initial crack inclination, fracture length and the slope and length of rock bridge. The research results in this paper are helpful to further understand the physical properties of shale and provide theoretical guidance for drilling and fracturing of shale gas reservoirs.
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TE311

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