页岩水力裂缝扩展与微震释放机制

目录
第1章 绪论 1
1.1 问题的提出 1
1.1.1 页岩及页岩气 1
1.1.2 页岩气开采的水力压裂技术 2
1.1.3 页岩水力裂缝的微震监测 3
1.2 国内外研究现状 4
1.2.1 页岩水力裂缝扩展机理研究 4
1.2.2 页岩水力压裂试验研究 6
1.2.3 页岩水力裂缝的数值模拟研究 6
1.2.4 水力压裂诱发微震机制研究 9
第2章 页岩各向异性力学特性及可压性评价 11
2.1 页岩破坏模式的各向异性试验研究 11
2.1.1 拉伸破坏的各向异性 12
2.1.2 单轴压缩破坏的各向异性 14
2.1.3 三轴压缩破坏的各向异性 16
2.2 页岩物理力学参数的各向异性试验研究 19
2.2.1 破坏强度的各向异性 19
2.2.2 静弹性参数的各向异性 24
2.2.3 动态参数的各向异性试验 26
2.2.4 抗剪强度参数计算 31
2.2.5 各向异性材料参数计算 32
2.3 页岩的可压性评价 33
2.3.1 X衍射全岩分析可压性 33
2.3.2 页岩三轴压缩试验分析可压性 34
第3章 岩石水力裂缝起裂准则与微震释放机制 38
3.1 岩石水力裂缝起裂准则 39
3.1.1 张拉破坏准则 39
3.1.2 剪切破坏准则 40
3.1.3 断裂力学准则 42
3.2 岩石水力裂缝扩展形态 45
3.2.1 *大周向应力理论 45
3.2.2 应变能密度因子理论 45
3.2.3 *大能量释放率理论 47
3.3 岩石水力裂缝扩展的微震机制 47
3.3.1 震源模型及震源位移 47
3.3.2 震源机制分析方法及表征 51
第4章 页岩水力裂缝扩展机理 57
4.1 水力裂缝扩展的弹塑性解 57
4.1.1 理论模型 57
4.1.2 计算及分析 59
4.2 考虑围压的倾斜水力裂缝扩展分析 60
4.2.1 倾斜裂缝应力强度因子计算 60
4.2.2 计算与分析 61
4.3 裂缝周围地应力场重分布规律 63
4.3.1 单条裂缝周围的地应力场分布 63
4.3.2 单条裂缝周围地应力场的影响分析 66
4.3.3 地应力重分布的影响因素 72
4.3.4 双裂缝形态条件下的地应力转向 75
4.3.5 地应力均一化在油气开发中的应用 78
4.4 相交节理的扩展分析 79
4.4.1 节理型裂缝的相交扩展准则 79
4.4.2 扩展形态分析 81
4.4.3 裂缝相交时扩展形态的参数分析 83
第5章 页岩真三轴压裂试验及裂缝分布规律 87
5.1 页岩水力压裂试验方案与过程 87
5.1.1 试验方案及声发射监测布置 87
5.1.2 试验系统及设备 89
5.1.3 试验步骤及方案设计 90
5.2 压裂方案及裂缝扩展 93
5.2.1 水压力曲线 93
5.2.2 表面裂缝 95
5.2.3 水力裂缝 96
5.3 裂缝扩展的声发射监测分析 97
5.3.1 水压力曲线与AE事件分布 97
5.3.2 声发射信号时频分析 99
5.3.3 水力压裂的声发射特征分析 103
第6章 页岩水力裂缝扩展机理的数值模拟 108
6.1 单裂缝扩展的数值模拟 108
6.1.1 模型建立 108
6.1.2 裂缝扩展时主应力场变化 110
6.1.3 参数影响分析 112
6.2 水力裂缝扩展的三维数值模拟 113
6.2.1 模型建立 114
6.2.2 模型验证 115
6.2.3 水力裂缝扩展规律 117
6.3 页岩非均质性对水力裂缝扩展的影响 124
6.3.1 表面裂缝 125
6.3.2 水力裂缝 126
6.3.3 弱结构单元起裂及扩展规律 126
6.4 水力裂缝与天然裂缝相互作用机理 128
6.4.1 模型建立 128
6.4.2 天然裂缝对水力裂缝扩展的影响 129
第7章 页岩水力压裂微震释放的数值模拟 134
7.1 模型建立 134
7.2 微震动态模拟结果 135
7.2.1 微震波传播整体过程分析 135
7.2.2 几何特征对波形特征的影响 139
7.2.3 P波、S波信号传播规律 141
参考文献 145