裂缝角度特征对页岩宏观力学性能的影响

来源 :第二届页岩油气高效开采力学问题研讨会 | 被引量 : 0次 | 上传用户:leonontop
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  页岩的宏观力学性能是水力压裂设计的基础数据,建立其预测模型具有重要意义。由于页岩组分和裂缝的取向等原因,页岩的宏观力学性能具有显著的各向异性特征,因此很有必要分别研究上述两个因素对页岩宏观力学性能的影响,而本文关注裂缝的影响。前人的研究建立了裂缝密度和宏观弹性模量等力学参数的关系,但是没有定量揭示裂缝角度的影响。本文集中研究裂缝角度的分布特征对页岩宏观力学性能的影响,并建立裂缝分布特征参数与页岩若干宏观力学性能参数的关系式。通过理论分析发现裂缝密度和裂缝角度标准差是影响页岩宏观力学性能的两个关键裂缝分布特征参数。假设试件含有大量长度和角度都遵循截断高斯分布的直裂缝,利用扩展有限元法分别模拟了这种试件的拉伸和剪切过程,研究了裂缝的角度标准差对页岩的杨氏模量、泊松比、剪切模量和拉伸断裂强度的影响,发现角度标准差是杨氏模量和泊松比的线性影响因素,是拉伸断裂强度的非线性影响因素,且对剪切模量没有影响。拟合数值模拟结果建立了上述四个力学性能参数以裂缝密度和裂缝角度标准差等为自变量的近似计算公式,这些公式可以预测含裂缝页岩的基本力学性能,且对反演评估页岩的裂缝分布状态具有重要价值。
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