页岩压裂裂纹三维起裂与扩展行为的数值模拟与实验研究
| 摘要 | 第4-8页 |
| Abstract | 第8-12页 |
| 1 绪论 | 第16-36页 |
| 1.1 页岩气资源的勘探和开采 | 第16-20页 |
| 1.2 页岩力学特性和断裂准则研究 | 第20-24页 |
| 1.2.1 页岩力学性能的各向异性 | 第20-22页 |
| 1.2.2 起裂和扩展准则 | 第22-24页 |
| 1.3 水力压裂研究现状 | 第24-28页 |
| 1.3.1 岩石的劈裂机理 | 第24-25页 |
| 1.3.2 水力压裂理论模型研究 | 第25-26页 |
| 1.3.3 水力压裂实验研究 | 第26-27页 |
| 1.3.4 水力压裂数值模拟研究 | 第27-28页 |
| 1.4 固体断裂应力场研究进展 | 第28-32页 |
| 1.4.1 动态断裂应力场 | 第29-30页 |
| 1.4.2 三维结构应力场分析 | 第30-32页 |
| 1.5 本文研究内容和方法 | 第32-36页 |
| 2 储层页岩物理力学特性 | 第36-54页 |
| 2.1 引言 | 第36页 |
| 2.2 页岩及页岩气赋存特性 | 第36-38页 |
| 2.3 页岩物理性质研究 | 第38-43页 |
| 2.3.1 页岩孔隙率及渗透性质 | 第38-39页 |
| 2.3.2 页岩矿物成分分析 | 第39-43页 |
| 2.4 页岩力学性能测试 | 第43-52页 |
| 2.4.1 单轴压缩试验 | 第43-48页 |
| 2.4.2 三轴压缩试验 | 第48-50页 |
| 2.4.3 断裂韧性测试 | 第50-52页 |
| 2.5 本章小结 | 第52-54页 |
| 3 页岩压裂裂缝起裂和扩展 | 第54-82页 |
| 3.1 引言 | 第54页 |
| 3.2 储层页岩力学模型 | 第54-58页 |
| 3.2.1 本构方程及力学参数 | 第55-56页 |
| 3.2.2 几何结构和地应力条件 | 第56-57页 |
| 3.2.3 射孔布置方式 | 第57-58页 |
| 3.3 裂缝起裂和扩展准则 | 第58-68页 |
| 3.3.1 裂缝起裂准则 | 第58-59页 |
| 3.3.2 裂缝扩展准则 | 第59-60页 |
| 3.3.3 裂缝扩展及网格划分 | 第60-64页 |
| 3.3.4 压裂计算流程 | 第64-65页 |
| 3.3.5 数值分析应力强度因子的验证 | 第65-68页 |
| 3.4 射孔布置对裂缝起裂和扩展影响 | 第68-74页 |
| 3.4.1 射孔方向角 | 第68-71页 |
| 3.4.2 射孔排布方式 | 第71-72页 |
| 3.4.3 射孔密度 | 第72页 |
| 3.4.4 射孔直径 | 第72-73页 |
| 3.4.5 射孔深度 | 第73-74页 |
| 3.5 地应力条件对裂缝起裂和扩展影响 | 第74-80页 |
| 3.6 本章小结 | 第80-82页 |
| 4 动态裂纹扩展应力场的显示 | 第82-116页 |
| 4.1 引言 | 第82页 |
| 4.2 物理模型制备 | 第82-93页 |
| 4.2.1 3D打印技术 | 第82-84页 |
| 4.2.2 打印材料成分分析 | 第84-87页 |
| 4.2.3 材料基本力学性能测试 | 第87-92页 |
| 4.2.4 梭形裂纹模型 | 第92-93页 |
| 4.3 动态裂纹扩展的捕捉 | 第93-98页 |
| 4.4 应力场分析及应力强度因子计算 | 第98-104页 |
| 4.4.1 理论依据 | 第98-100页 |
| 4.4.2 实例分析 | 第100-101页 |
| 4.4.3 验证分析 | 第101-104页 |
| 4.5 断裂力学数值分析方法 | 第104-105页 |
| 4.6 结果及分析 | 第105-114页 |
| 4.6.1 断裂试件分析 | 第105-106页 |
| 4.6.2 应力场演化 | 第106-113页 |
| 4.6.3 应力强度因子计算 | 第113-114页 |
| 4.7 本章小结 | 第114-116页 |
| 5 三维模型裂纹扩展应力场的可视化 | 第116-140页 |
| 5.1 引言 | 第116页 |
| 5.2 三维光弹性介绍 | 第116-123页 |
| 5.2.1 应力冻结实验 | 第116-121页 |
| 5.2.2 三维光弹性应力-光学定律 | 第121-123页 |
| 5.3 三维物理模型 | 第123-126页 |
| 5.3.1 模型制备 | 第123-124页 |
| 5.3.2 冻结温度下基本力学参数测取 | 第124-126页 |
| 5.4 应力场的定量表征 | 第126-133页 |
| 5.4.1 冻结后模型切片并抛光 | 第126-129页 |
| 5.4.2 相移法计算相位图 | 第129-131页 |
| 5.4.3 相位图解包裹 | 第131-132页 |
| 5.4.4 等差应力分布 | 第132-133页 |
| 5.5 裂纹扩展应力场的计算结果和分析 | 第133-137页 |
| 5.5.1 应力冻结实验结果 | 第133-136页 |
| 5.5.2 数值分析结果 | 第136-137页 |
| 5.6 本章小结 | 第137-140页 |
| 6 结论与展望 | 第140-144页 |
| 6.1 结论 | 第140-142页 |
| 6.2 展望 | 第142-144页 |
| 参考文献 | 第144-160页 |
| 致谢 | 第160-162页 |
| 作者简介 | 第162页 |
| 在学期间发表的学术论文 | 第162-163页 |
| 在学期间参加科研项目 | 第163页 |
