基于结构面的岩体水力裂缝扩展行为及缝网形成研究摘要
水力压裂技术在开采石油天然气领域应用广泛。随着常规石油天然气资源的枯竭,页岩油、页岩气等非常规油气资源在能源领域的地位日益凸显。由于页岩气油赋存的页岩的渗透率很小,将水力压裂技术应用于页岩气油的开发具有一定的困难。因此,针对水力压裂状态下页岩水力裂纹的扩展进行研究有着很重要的意义。本文主要采用计算机模拟的方法,以当下的研究热点——页岩岩体作为对象。系统研究了含有单一天然裂隙、两条天然裂隙以及同时含有一条天然裂隙和一条节理条件下的岩石内水力裂纹的起裂和扩展现象,并将模拟结果和文献中的物理实验结果进行对比,在一定程度上验证了数值模拟结果的可信性。结合起裂压力,对天然裂隙和最大主应力夹角不同条件下所呈现出来的数值模拟结果进行了分析,并根据孔隙水压力云图和最小主应力云图,描述了水力裂纹的走向并分析了裂纹尖端破裂时的应力状态。通过对含有单裂隙、两条正交裂隙、节理和裂隙正交三种条件下的页岩岩体在水力压裂下所呈现出来的现象进行分析和总结发现,这三种条件对水力裂纹的起裂和扩展的影响都只是暂时的,最终裂缝的扩展方向都将与最大水平主应力的方向趋于一致。借助将数值模拟结果和物理实验结果相对比的方法,岩石破裂过程分析系统(RFPA)可以较好的模拟出与物理实验拟合的实验现象,并基于对岩样中存在单裂隙、单裂隙和节理相交两种条件下的模拟,得出了结构面岩体复杂缝网的形成条件。结合各模型的最小主应力图能够发现模型处于围压和水压的受力状态下,加载过程中,水力裂纹的扩展和模型的破坏是拉应力所引起的。
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