頁巖水力裂縫擴展與微震釋放機制

目錄
第1章 緒論 1
1.1 問題的提出 1
1.1.1 頁巖及頁巖氣 1
1.1.2 頁巖氣開采的水力壓裂技術(shù) 2
1.1.3 頁巖水力裂縫的微震監(jiān)測 3
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4
1.2.1 頁巖水力裂縫擴展機理研究 4
1.2.2 頁巖水力壓裂試驗研究 6
1.2.3 頁巖水力裂縫的數(shù)值模擬研究 6
1.2.4 水力壓裂誘發(fā)微震機制研究 9
第2章 頁巖各向異性力學(xué)特性及可壓性評價 11
2.1 頁巖破壞模式的各向異性試驗研究 11
2.1.1 拉伸破壞的各向異性 12
2.1.2 單軸壓縮破壞的各向異性 14
2.1.3 三軸壓縮破壞的各向異性 16
2.2 頁巖物理力學(xué)參數(shù)的各向異性試驗研究 19
2.2.1 破壞強度的各向異性 19
2.2.2 靜彈性參數(shù)的各向異性 24
2.2.3 動態(tài)參數(shù)的各向異性試驗 26
2.2.4 抗剪強度參數(shù)計算 31
2.2.5 各向異性材料參數(shù)計算 32
2.3 頁巖的可壓性評價 33
2.3.1 X衍射全巖分析可壓性 33
2.3.2 頁巖三軸壓縮試驗分析可壓性 34
第3章 巖石水力裂縫起裂準(zhǔn)則與微震釋放機制 38
3.1 巖石水力裂縫起裂準(zhǔn)則 39
3.1.1 張拉破壞準(zhǔn)則 39
3.1.2 剪切破壞準(zhǔn)則 40
3.1.3 斷裂力學(xué)準(zhǔn)則 42
3.2 巖石水力裂縫擴展形態(tài) 45
3.2.1 *大周向應(yīng)力理論 45
3.2.2 應(yīng)變能密度因子理論 45
3.2.3 *大能量釋放率理論 47
3.3 巖石水力裂縫擴展的微震機制 47
3.3.1 震源模型及震源位移 47
3.3.2 震源機制分析方法及表征 51
第4章 頁巖水力裂縫擴展機理 57
4.1 水力裂縫擴展的彈塑性解 57
4.1.1 理論模型 57
4.1.2 計算及分析 59
4.2 考慮圍壓的傾斜水力裂縫擴展分析 60
4.2.1 傾斜裂縫應(yīng)力強度因子計算 60
4.2.2 計算與分析 61
4.3 裂縫周圍地應(yīng)力場重分布規(guī)律 63
4.3.1 單條裂縫周圍的地應(yīng)力場分布 63
4.3.2 單條裂縫周圍地應(yīng)力場的影響分析 66
4.3.3 地應(yīng)力重分布的影響因素 72
4.3.4 雙裂縫形態(tài)條件下的地應(yīng)力轉(zhuǎn)向 75
4.3.5 地應(yīng)力均一化在油氣開發(fā)中的應(yīng)用 78
4.4 相交節(jié)理的擴展分析 79
4.4.1 節(jié)理型裂縫的相交擴展準(zhǔn)則 79
4.4.2 擴展形態(tài)分析 81
4.4.3 裂縫相交時擴展形態(tài)的參數(shù)分析 83
第5章 頁巖真三軸壓裂試驗及裂縫分布規(guī)律 87
5.1 頁巖水力壓裂試驗方案與過程 87
5.1.1 試驗方案及聲發(fā)射監(jiān)測布置 87
5.1.2 試驗系統(tǒng)及設(shè)備 89
5.1.3 試驗步驟及方案設(shè)計 90
5.2 壓裂方案及裂縫擴展 93
5.2.1 水壓力曲線 93
5.2.2 表面裂縫 95
5.2.3 水力裂縫 96
5.3 裂縫擴展的聲發(fā)射監(jiān)測分析 97
5.3.1 水壓力曲線與AE事件分布 97
5.3.2 聲發(fā)射信號時頻分析 99
5.3.3 水力壓裂的聲發(fā)射特征分析 103
第6章 頁巖水力裂縫擴展機理的數(shù)值模擬 108
6.1 單裂縫擴展的數(shù)值模擬 108
6.1.1 模型建立 108
6.1.2 裂縫擴展時主應(yīng)力場變化 110
6.1.3 參數(shù)影響分析 112
6.2 水力裂縫擴展的三維數(shù)值模擬 113
6.2.1 模型建立 114
6.2.2 模型驗證 115
6.2.3 水力裂縫擴展規(guī)律 117
6.3 頁巖非均質(zhì)性對水力裂縫擴展的影響 124
6.3.1 表面裂縫 125
6.3.2 水力裂縫 126
6.3.3 弱結(jié)構(gòu)單元起裂及擴展規(guī)律 126
6.4 水力裂縫與天然裂縫相互作用機理 128
6.4.1 模型建立 128
6.4.2 天然裂縫對水力裂縫擴展的影響 129
第7章 頁巖水力壓裂微震釋放的數(shù)值模擬 134
7.1 模型建立 134
7.2 微震動態(tài)模擬結(jié)果 135
7.2.1 微震波傳播整體過程分析 135
7.2.2 幾何特征對波形特征的影響 139
7.2.3 P波、S波信號傳播規(guī)律 141
參考文獻 145