页岩气储层中节理岩体水力压裂机理及与原生断层的地质力学响应研究

基本信息
批准号:51879149
项目类别:面上项目
资助金额:60.00
负责人:李勇
学科分类:
依托单位:山东大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:朱维申,赵茉莉,李召峰,蒋红光,王知深,魏超,徐翔,董振兴,蔡卫兵
关键词:
裂纹扩展地质力学响应水力压裂裂隙岩体模型试验
结项摘要

At present, the shale gas/oil is mainly obtained by the hydraulic fracturing (fracking) technology with horizontal wells. The fracking in the exploration of shale gas/oil will be taken as a research background. In this proposal, laboratory tests (rock and analog material specimens), three-dimensional physical model tests, theory innovations and advanced numerical methods would be used to investigate the cracking initiation conditions and the mechanisms of cracking propagation and coalescence. Firstly, the mechanical and deformation characteristics of original fractured shale is performed by three-dimensional compressive tests under different fissure water pressures. Meanwhile, the rock-like materials with high brittleness and transparency (special resin and mortar) are also studied, and the fissure bodies can be precast in the specimens. Then we will obtain the phenomena and principles of cracking initiation, propagation, coalescence and even failure on the specimens. In order to study the geomechanical response to the original discontinuities (mainly on faults) in the process of hydraulic fracturing, a three-dimensional physical model test will be conducted. Finally, a fluid-solid coupling constitutive model of fractured rock mass and the failure criteria of hydraulic fracturing will be established on a basis of the fracture and damage mechanics, fluid-solid coupling theories and so on, which can realize the numerical simulations on the cracking initiation, extension propagation, coalescence and failure of the specimens and its geomechanical response to original faults nearby under external complex stress state and inner fissure water pressures. Furthermore, the related research can establish good foundation to improve the shale permeability and exploiting rate of shale gas/oil and could also be expanded to study the safety analysis and grouting technology in underground projects.

目前页岩气获取手段为水平井结合水力压裂技术,本课题以国内复杂的页岩气储层中裂隙水压致裂提高透气性及开采率为研究背景,主要通过实验室页岩及相似材料试验、三维物理模型试验、理论创新及数值模拟手段来研究裂隙页岩在内水压力作用下的起裂条件、裂隙扩展及相邻裂隙之间的贯通机理。通过原样页岩在不同孔隙水压作用下的三轴压缩试验得到其力学及变形特性;同时研制脆性度和透明度较好的低温树脂材料或砂浆材料,在试件中预制空的裂隙体,获得在裂隙水压作用下裂纹起裂、扩展及岩桥贯通的现象及规律;然后开展三维物理模型试验来探索水压致裂裂纹扩展与天然不连续体(主要为断层)之间的地质力学响应特征;最后通过断裂、损伤及流固耦合理论来建立裂隙岩体的流固耦合本构模型及水压致裂破坏准则,实现其在应力及裂隙水耦合作用下的裂纹扩展、贯通及与原生断层之间地质力学响应的数值模拟,进而为页岩气开采及地下工程稳定提供前期研究基础。

项目摘要

本课题以大型地下岩体工程为背景,通过实验室试验、理论创新及先进的数值模拟手段来研究裂隙岩体在无水和含内水压力作用下的起裂条件、裂隙扩展及相邻裂隙之间的贯通机理。首先设计研发了一套水-岩耦合作用的模具,该模具能够将注入到试件内部的水流密封在试件内部不流失;制作了含不同裂隙的水泥砂浆类岩石试件,开展了裂隙试件的单轴压缩试验及在不同侧压下的双轴压缩试验,发现两种条件下试件内裂纹扩展规律类似,双轴受压时裂纹的扩展速率要晚于单轴受压,而且试件易发生劈裂破坏;开展了含裂隙的水泥砂浆和透明树脂试件在水-岩耦合作用下的破坏机理研究,得到了试件的次生裂纹形态和裂隙扩展过程,分析了其产生的条件与机制,对比了有水与无水条件下试件破裂规律;此外,借助AE技术分析了试件破裂过程中的声发射撞击率与主频变化及分形特征,以及低、高频信号占比与试件破裂状态的对应关系,进而得到了水力耦合条件下试件整体破裂的预警信息。使用基于张拉破坏-剪切残余准则改进的岩体弹-脆性本构模型,在FLAC3D中进行了二次开发,并模拟了含裂隙试件在不同侧压情况下裂纹起裂及扩展过程,计算得到的起裂压力和峰值强度与物理试验结果大致相同,而且数值模拟产生翼型裂纹扩展过程及最后的破坏模式与物理试验完全吻合;采用PFC2D分析了裂隙试件在不同内水压作用下的裂纹演化规律,采用改进的管域模型研究了关键域内的水压力变化规律,并采用应力场和位移场分析相结合的手段深入分析了裂纹在内水压作用下的演化机理;此外,在PFC3D的基础上,采用研发的三维水-力耦合模型对裂纹的三维扩展进行了模拟,分析不同内水压作用下的三维裂纹的空间状态;最后引进矩张量理论模拟了裂隙岩体在加载过程中微破裂的AE事件,在改进的管域模型基础上,分析了AE事件的震级在不同内水压作用下的时空演化规律,并与室内实验中的AE试验数据进行了对比分析。相关成果能广泛应用于研究大型岩体工程稳定、地下工程注浆以及水力压裂等领域。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

DOI:10.19713/j.cnki.43-1423/u.t20201185
发表时间:2021
2

青藏高原狮泉河-拉果错-永珠-嘉黎蛇绿混杂岩带时空结构与构造演化

青藏高原狮泉河-拉果错-永珠-嘉黎蛇绿混杂岩带时空结构与构造演化

DOI:10.3799/dqkx.2020.083
发表时间:2020
3

面向云工作流安全的任务调度方法

面向云工作流安全的任务调度方法

DOI:10.7544/issn1000-1239.2018.20170425
发表时间:2018
4

基于全模式全聚焦方法的裂纹超声成像定量检测

基于全模式全聚焦方法的裂纹超声成像定量检测

DOI:10.19650/j.cnki.cjsi.J2007019
发表时间:2021
5

基于余量谐波平衡的两质点动力学系统振动频率与响应分析

基于余量谐波平衡的两质点动力学系统振动频率与响应分析

DOI:10.6052/1672⁃6553⁃2017⁃059
发表时间:2018

李勇的其他基金

批准号:51675185
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:31070646
批准年份:2010
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:81573775
批准年份:2015
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:81372278
批准年份:2013
资助金额:75.00
项目类别:面上项目
批准号:50705031
批准年份:2007
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31470726
批准年份:2014
资助金额:87.00
项目类别:面上项目
批准号:40372084
批准年份:2003
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
批准号:51175186
批准年份:2011
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:51274061
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:11144011
批准年份:2011
资助金额:6.00
项目类别:专项基金项目
批准号:51109123
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51007020
批准年份:2010
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:70901077
批准年份:2009
资助金额:17.20
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30771800
批准年份:2007
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:51907169
批准年份:2019
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10574133
批准年份:2005
资助金额:26.00
项目类别:面上项目
批准号:40671097
批准年份:2006
资助金额:40.00
项目类别:面上项目
批准号:41671249
批准年份:2016
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:11372111
批准年份:2013
资助金额:72.00
项目类别:面上项目
批准号:10973022
批准年份:2009
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:71773130
批准年份:2017
资助金额:50.00
项目类别:面上项目
批准号:61301080
批准年份:2013
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51404046
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11226015
批准年份:2012
资助金额:30.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:71101013
批准年份:2011
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:49802013
批准年份:1998
资助金额:13.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31871532
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:60873219
批准年份:2008
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:41671243
批准年份:2016
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:51377001
批准年份:2013
资助金额:78.00
项目类别:面上项目
批准号:41702171
批准年份:2017
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81372995
批准年份:2013
资助金额:85.00
项目类别:面上项目
批准号:51477127
批准年份:2014
资助金额:89.00
项目类别:面上项目
批准号:81903737
批准年份:2019
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81572864
批准年份:2015
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:11762020
批准年份:2017
资助金额:35.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:39870845
批准年份:1998
资助金额:11.00
项目类别:面上项目
批准号:30871366
批准年份:2008
资助金额:29.00
项目类别:面上项目
批准号:40071054
批准年份:2000
资助金额:22.00
项目类别:面上项目
批准号:31270776
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:81072033
批准年份:2010
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:11774024
批准年份:2017
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:81601611
批准年份:2016
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81072293
批准年份:2010
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:31260615
批准年份:2012
资助金额:50.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:30970937
批准年份:2009
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:81171230
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:71704141
批准年份:2017
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31360592
批准年份:2013
资助金额:55.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:21573221
批准年份:2015
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:69684004
批准年份:1996
资助金额:14.90
项目类别:专项基金项目
批准号:81560379
批准年份:2015
资助金额:37.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51874346
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:31371064
批准年份:2013
资助金额:85.00
项目类别:面上项目
批准号:51775302
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:10447133
批准年份:2004
资助金额:2.00
项目类别:专项基金项目
批准号:50977014
批准年份:2009
资助金额:38.00
项目类别:面上项目
批准号:81172652
批准年份:2011
资助金额:14.00
项目类别:面上项目
批准号:41102084
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51777149
批准年份:2017
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:11204005
批准年份:2012
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41340005
批准年份:2013
资助金额:20.00
项目类别:专项基金项目
批准号:51376041
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:81873157
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:30170520
批准年份:2001
资助金额:20.00
项目类别:面上项目
批准号:51706159
批准年份:2017
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50375079
批准年份:2003
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:90202005
批准年份:2002
资助金额:70.00
项目类别:重大研究计划
批准号:10871026
批准年份:2008
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:41101374
批准年份:2011
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31770814
批准年份:2017
资助金额:67.00
项目类别:面上项目
批准号:41372114
批准年份:2013
资助金额:83.00
项目类别:面上项目
批准号:11126026
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:10974064
批准年份:2009
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:11901059
批准年份:2019
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:40771131
批准年份:2007
资助金额:45.00
项目类别:面上项目
批准号:30671760
批准年份:2006
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:51305305
批准年份:2013
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41807200
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71271221
批准年份:2012
资助金额:56.00
项目类别:面上项目
批准号:51705213
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:19301023
批准年份:1993
资助金额:2.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30271364
批准年份:2002
资助金额:19.00
项目类别:面上项目
批准号:30472271
批准年份:2004
资助金额:20.00
项目类别:面上项目
批准号:21572274
批准年份:2015
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:31760736
批准年份:2017
资助金额:39.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51076097
批准年份:2010
资助金额:38.00
项目类别:面上项目
批准号:81801264
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51508350
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:20475032
批准年份:2004
资助金额:23.00
项目类别:面上项目
批准号:21003118
批准年份:2010
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21405181
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81372580
批准年份:2013
资助金额:16.00
项目类别:面上项目
批准号:11174027
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:51261007
批准年份:2012
资助金额:50.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:31671053
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:49371279
批准年份:1993
资助金额:7.00
项目类别:面上项目
批准号:30170450
批准年份:2001
资助金额:17.00
项目类别:面上项目
批准号:61101118
批准年份:2011
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30873248
批准年份:2008
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:12126328
批准年份:2021
资助金额:20.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:11704284
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30400542
批准年份:2004
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31401190
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11571065
批准年份:2015
资助金额:52.00
项目类别:面上项目
批准号:30570917
批准年份:2005
资助金额:22.00
项目类别:面上项目
批准号:30371208
批准年份:2003
资助金额:20.00
项目类别:面上项目
批准号:51579074
批准年份:2015
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:81702767
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31301840
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31601665
批准年份:2016
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60702078
批准年份:2007
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50905053
批准年份:2009
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41301254
批准年份:2013
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:40841010
批准年份:2008
资助金额:20.00
项目类别:专项基金项目
批准号:21373205
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:51175286
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:51007069
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30873350
批准年份:2008
资助金额:31.00
项目类别:面上项目
批准号:41171200
批准年份:2011
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:21905162
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81573138
批准年份:2015
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:41504063
批准年份:2015
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51879081
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:10371012
批准年份:2003
资助金额:20.00
项目类别:面上项目
批准号:31760329
批准年份:2017
资助金额:36.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81072795
批准年份:2010
资助金额:33.00
项目类别:面上项目
批准号:11171132
批准年份:2011
资助金额:47.00
项目类别:面上项目
批准号:51505147
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11604246
批准年份:2016
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51561007
批准年份:2015
资助金额:40.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:11026032
批准年份:2010
资助金额:30.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:61562087
批准年份:2015
资助金额:37.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:21302226
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:40601050
批准年份:2006
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:19771042
批准年份:1997
资助金额:6.60
项目类别:面上项目
批准号:51275255
批准年份:2012
资助金额:85.00
项目类别:面上项目
批准号:39870697
批准年份:1998
资助金额:10.00
项目类别:面上项目
批准号:31560694
批准年份:2015
资助金额:40.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:40972083
批准年份:2009
资助金额:47.00
项目类别:面上项目
批准号:49000012
批准年份:1990
资助金额:3.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51079048
批准年份:2010
资助金额:37.00
项目类别:面上项目
批准号:41171231
批准年份:2011
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:41172162
批准年份:2011
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:41403073
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:39870495
批准年份:1998
资助金额:9.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

页岩气储层低频脉冲水力压裂增渗机理研究

批准号:51304258
批准年份:2013
负责人:陆朝晖
学科分类:E0402
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
2

压裂液在页岩气储层中的滞留与自吸机理研究

批准号:41702257
批准年份:2017
负责人:刘博
学科分类:D0702
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
3

页岩气储层超临界二氧化碳压裂页岩体损伤机理

批准号:51404045
批准年份:2014
负责人:汤积仁
学科分类:E0405
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
4

页岩气储层与压裂液体系相互作用机理与对策研究

批准号:51374186
批准年份:2013
负责人:郭建平
学科分类:E0402
资助金额:80.00
项目类别:面上项目