| 摘要 | 第5-7页 |
| ABSTRACT | 第7-10页 |
| 第1章 绪论 | 第14-32页 |
| 1.1 引言 | 第14页 |
| 1.2 页岩气开发 | 第14-15页 |
| 1.3 页岩气藏特征 | 第15-16页 |
| 1.4 页岩气水力压裂增产技术 | 第16-19页 |
| 1.5 水力压裂数值模拟及国内外研究现状 | 第19-29页 |
| 1.5.1 位移不连续方法(DDM)模拟水力压裂 | 第20-22页 |
| 1.5.2 离散元法(DEM)模拟水力压裂 | 第22-24页 |
| 1.5.3 有限元法(FEM)模拟水力压裂 | 第24-26页 |
| 1.5.4 扩展有限元法(XFEM)模拟水力压裂 | 第26-29页 |
| 1.6 本文主要研究内容和创新点 | 第29-32页 |
| 1.6.1 研究意义 | 第29-30页 |
| 1.6.2 研究内容 | 第30页 |
| 1.6.3 主要创新点 | 第30-32页 |
| 第2章 扩展有限元法 | 第32-56页 |
| 2.1 引言 | 第32页 |
| 2.2 扩展有限元位移插值函数 | 第32-35页 |
| 2.3 控制方程及扩展有限元离散 | 第35-36页 |
| 2.4 应力强度因子计算 | 第36-41页 |
| 2.4.1 相互作用积分法 | 第36-39页 |
| 2.4.2 应力强度因子计算验证 | 第39-41页 |
| 2.5 裂纹扩展准则 | 第41-43页 |
| 2.5.1 最大周向应力准则 | 第42页 |
| 2.5.2 最大能量释放率准则 | 第42页 |
| 2.5.3 最小应变能密度准则 | 第42-43页 |
| 2.6 裂纹交叉问题 | 第43-48页 |
| 2.6.1 交叉裂纹扩展有限元位移插值函数 | 第43-44页 |
| 2.6.2 交叉裂纹模型验证 | 第44-48页 |
| 2.7 裂纹面接触问题 | 第48-54页 |
| 2.7.1 基于罚函数法扩展有限元接触算法 | 第48-51页 |
| 2.7.2 Newton-Raphson迭代法求解接触问题 | 第51-52页 |
| 2.7.3 扩展有限元接触算法验证 | 第52-54页 |
| 2.8 本章小结 | 第54-56页 |
| 第3章 水力压裂数值模型 | 第56-72页 |
| 3.1 引言 | 第56页 |
| 3.2 水力压裂基本模型 | 第56-57页 |
| 3.3 水力压裂控制方程及其扩展有限元离散形式 | 第57-63页 |
| 3.3.1 岩石固体平衡方程 | 第57-58页 |
| 3.3.2 裂缝内流体流动方程 | 第58-59页 |
| 3.3.3 水力压裂控制方程顺序耦合离散形式 | 第59-61页 |
| 3.3.4 水力压裂控制方程全耦合离散形式 | 第61-63页 |
| 3.4 流固耦合算法 | 第63-66页 |
| 3.4.1 Picard顺序耦合迭代 | 第63-64页 |
| 3.4.2 Newton-Raphson全耦合迭代 | 第64-66页 |
| 3.4.3 两种流固耦合迭代方法优缺点比较 | 第66页 |
| 3.5 水力压裂模型验证 | 第66-70页 |
| 3.6 本章小结 | 第70-72页 |
| 第4章 水平井顺序压裂和交替压裂间距优化数值模拟研究 | 第72-88页 |
| 4.1 引言 | 第72-73页 |
| 4.2 考虑岩石孔隙渗流的水力压裂控制方程 | 第73-77页 |
| 4.2.1 岩石应力平衡方程 | 第73页 |
| 4.2.2 岩石孔隙渗流流动方程 | 第73页 |
| 4.2.3 扩展有限元法和cohesive粘聚力单元 | 第73-75页 |
| 4.2.4 裂缝起裂和扩展 | 第75-76页 |
| 4.2.5 裂缝内流体流动 | 第76-77页 |
| 4.3 数值建模 | 第77-79页 |
| 4.4 水平井顺序压裂和交替压裂对比 | 第79-82页 |
| 4.5 裂缝间距和地应力对水平井多段压裂影响 | 第82-86页 |
| 4.6 本章小结 | 第86-88页 |
| 第5章 正交各向异性岩石水力压裂数值模拟研究 | 第88-106页 |
| 5.1 引言 | 第88页 |
| 5.2 正交各向异性岩石力学特征 | 第88-93页 |
| 5.2.1 二维正交各向异性材料断裂力学 | 第88-90页 |
| 5.2.2 正交各向异性材料扩展有限元法 | 第90-91页 |
| 5.2.3 正交各向异性材料裂缝扩展准则 | 第91-92页 |
| 5.2.4 正交各向异性材料裂尖应力强度因子计算方法 | 第92-93页 |
| 5.3 模型验证 | 第93-95页 |
| 5.4 材料角对水力裂缝扩展的影响 | 第95-99页 |
| 5.5 杨氏模量比对水力裂缝扩展的影响 | 第99-101页 |
| 5.6 地应力和岩石正交各向异性联合作用对裂缝扩展的影响 | 第101-103页 |
| 5.7 本章小结 | 第103-106页 |
| 第6章 水力裂缝与天然裂缝相交形成缝网数值模拟研究 | 第106-132页 |
| 6.1 引言 | 第106-108页 |
| 6.2 水力裂缝与天然裂缝相交数值模型 | 第108-114页 |
| 6.2.1 考虑天然裂缝的水力压裂平衡方程 | 第108页 |
| 6.2.2 水力裂缝与摩擦型天然裂缝相交扩展准则 | 第108-110页 |
| 6.2.3 水力裂缝与粘结型天然裂缝相交扩展准则 | 第110-112页 |
| 6.2.4 交叉裂缝流体流动 | 第112-113页 |
| 6.2.5 程序求解流程 | 第113-114页 |
| 6.3 模型验证 | 第114-116页 |
| 6.4 水力裂缝与摩擦型天然裂缝相交 | 第116-118页 |
| 6.5 水力裂缝与粘结型天然裂缝相交 | 第118-120页 |
| 6.6 摩擦型天然裂缝对复杂缝网形成影响 | 第120-124页 |
| 6.7 粘结型天然裂缝对复杂缝网形成影响 | 第124-127页 |
| 6.8 混合型天然裂缝对复杂缝网形成影响 | 第127-129页 |
| 6.9 本章小结 | 第129-132页 |
| 第7章 总结与展望 | 第132-136页 |
| 7.1 全文总结 | 第132-134页 |
| 7.2 未来工作展望 | 第134-136页 |
| 参考文献 | 第136-154页 |
| 致谢 | 第154-156页 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 | 第156页 |
