声明
致谢
1 绪论
1.1 研究目的和意义
1.2 国内外研究进展
1.2.1 水力压裂工程技术及水力裂缝扩展研究现状
1.2.2 天然裂缝对水力裂缝的影响
1.2.3 水力压裂数值模拟研究现状与评述
1.2.4 裂隙形态与力学性质的抽象描述方法
1.2.5 目前研究存在的问题
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 技术路线
2 裂隙煤岩多尺度结构及对水力裂缝的控制作用
2.1 裂隙煤岩宏观结构特征
2.2 孔裂隙细微观尺度分布特征
2.2.1 煤基质孔隙分类及孔容分布特征
2.2.2 裂隙分类及结构特征
2.3 裂隙煤岩水化损伤试验
2.3.1 试样制备
2.3.2 试验装置和参数测量方法
2.3.3 试验结果分析
2.3.4 煤遇水软化损伤对压裂的影响分析
2.4 不同尺度裂隙结构对水力裂缝形成的控制作用
2.4.1 宏观裂隙结构的控制作用
2.4.2 手标本尺度裂隙结构的控制作用
2.4.3 微观孔裂隙结构的控制作用
2.5 本章小结
3 模拟煤岩缝网压裂的改进内聚力单元法
3.1 内聚力单元法
3.1.1 内聚力孔压单元
3.1.2 内聚力单元全局和局部嵌入算法
3.1.3 用于模拟缝网压裂的孔压节点合并法
3.1.4 内聚力单元尺寸确定依据
3.1.5 内聚力单元刚度确定依据
3.2 渗流-应力控制方程
3.2.1 煤基质多孔介质有效应力原理
3.2.2 多孔介质离散化平衡方程
3.2.3 流体渗流连续性方程
3.2.4 渗流-应力耦合方程的有限元格式及求解方式
3.2.5 裂缝内压裂液流动方程
3.3 水力裂缝扩展损伤模型建立
3.3.1 拉剪混合水力裂缝损伤模型建立
3.3.2 天然裂缝压剪模型建立及子程序编写
3.3.3用户子程序运行环境配置方法
3.3.4 USDFLD子程序调用方法
3.3.5 求解过程及误差控制
3.3.6 输出变量及含义
3.3.7 模型验证
3.4.1 数值计算模型
3.4.2 水力裂缝扰动应力分布特征及模型合理边界确定
3.4.3 多缝压裂的模型边界效应讨论
3.5 非连续天然裂隙网络建模
3.5.1 非连续共轭节理数值建模
3.5.2 正交割理系统数值建模
3.5.3 Voronoi裂隙网络数值建模
3.6 本章小结
4 裂隙煤岩多级水力裂缝形成过程数值模拟
4.1.1 试验方案
4.1.2 数值计算模型
4.1.3 层理倾角对水力裂缝扩展的影响
4.1.4 层理粗糙度对水力裂缝扩展的影响
4.1.5 不同地应力条件下的水力裂缝扩展形态
4.2.1 试验方案
4.2.2 数值计算模型
4.2.3 共轭节理方向对水力裂缝扩展的影响
4.2.4 节理粗糙度对水力裂缝扩展的影响
4.2.5 不同地应力条件下的水力裂缝扩展形态
4.3.1 试验方案
4.3.2 数值计算模型
4.3.3 正交割理网络对水力裂缝扩展的影响
4.3.4 Voronoi割理网络对水力裂缝扩展的影响
4.4 本章小结
5 多级水力裂缝形成机理分析
5.1 天然裂缝诱导分叉作用
5.1.1 水力裂缝遇天然裂缝分叉理论判别
5.1.2 天然裂缝粗糙度与裂隙流压对水力裂缝分叉行为的影响
5.1.3 天然裂缝面抗压强度对水力裂缝分叉行为的影响
5.1.4 有效应力场对水力裂缝分叉行为的影响
5.1.5 天然裂缝方向对水力裂缝分叉行为的影响
5.2 重复压裂诱导应力场改变
5.2.1 重复压裂下的诱导应力场特征
5.2.2 重复压裂与常规压裂的缝网特征对比
5.3.1 不同排量下水力裂缝形态分析
5.3.2 动态水力裂缝分叉原因分析
5.4 本章小结
6 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 主要创新点
6.3 展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集
河南理工大学;
