拉伸作用下页岩脆性评价方法与应用

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1、中图分类号：TE242单位代码：11414学号：2013212515题目拉伸作用下页岩脆性评价方法与应用专业或领域石油与天然气工程研究方向油气井工程专业硕士生李丹丹指导教师侯冰副研究员现场导师葛云华教授级高工二〇一六年五月硕士专业学位论文独创性声明郑重声明：本硕士专业学位论文是作者个人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他个人和集体已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得屮国石油大学或者其它单位的学位或证书所使用过的材料。对本研究做出贡献的个人和集体，均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者和导师完全意识到本

2、声明产生的法律后果由作者和导师相应承担。作者签名：闩期ｏＬｉＪＳ：ｌｌ导师签名＾：日期：＞｜硕士专业学位论文版权使用授权书木学位论文作者及指导教师完全了解中国石油大学（北京）学位论文版权使用的有关规定，使用方式包括但不限于：学校有权保留并向有关部门和机构送交学位论文的复印件和电了？版；允许学位论文被查阅和借阅可以公布学位论；学校文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文？；可以将木学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进丨」检索。本学位论文属于保密范围，保密期限ｉ年，解密后适用本授权书。本学位论文作者如需公开出版学位论

3、文的部分或全部内容，必须征得导师书面同意。ｈ作者签名：龙躺Ｈ期／ｌＬｚｉ：Ｉ－摘要摘要页岩的脆性是评价页岩油气储层力学特性的关键指标，对水力压裂改造效果的影响十分显著。针对页岩的脆性评价方法主要包括：杨氏模量、脆性矿物组分和基于全应力-应变压缩破坏评价方法等，上述脆性评价方法难以与水力压裂时页岩的断裂特征相符。本文突破峰前的力学参数或者峰后的应力衰减程度表征页岩脆性的局限性，提出基于拉伸破坏的脆性指数定义，建立相应评价方法及分析预测模型，形成非连续页岩脆性拉伸评价理论体系。针对龙马溪组页岩试样，开展巴西劈裂实验和离散元数值模拟研究，主要完成内容包括以下几方面：1.开展拉伸

4、作用下页岩脆性力学实验研究结合地质特点和SEM微观成像法描述页岩层理和裂缝发育特征，利用XRD实验测试龙马溪组页岩的矿物组分，并通过声波测试得到页岩的动态参数。采用GCTS岩石力学三轴试验机开展巴西劈裂实验，研究页岩试样在不同深度、层理面倾角、加载速率等条件下的脆性破坏特征，得到龙马溪组页岩在拉伸作用下的力学参数，为拉伸作用下页岩脆性评价方法提供基础参数。2.建立拉伸作用下页岩脆性评价力学模型针对页岩巴西劈裂实验得到的力学参数、劈裂后破裂面特征，层理面与裂缝扩展面交叉特征、破坏强度准则等进行综合评价，研究拉伸作用下页岩的脆性机理，建立拉伸作用下页岩脆性综合评价方法，研究页岩强度、各向异性、加

5、载速率等因素对脆性模型的影响。通过多种脆性评价方法的对比分析，论证了基于拉伸作用的综合脆性评价方法的合理性。3.建立页岩拉伸破坏时的脆性评价离散元模型利用PFC软件建立与页岩特征相符的离散元模型，结合巴西劈裂实验结果标定数值模拟参数，通过对页岩试样在拉伸作用下的数值模拟，研究试样破坏时的裂缝展布特征，模拟分析各向异性、尺度效应等因素对脆性的影响，从数值模拟的角度论证了拉伸作用下页岩脆性评价模型的准确性。关键词：页岩地层；拉伸破坏；巴西劈裂实验；脆性评价；离散元模型-II-ABSTRACTEvaluationandApplicationofShaleBrittlenessBasedonTens

6、ileActionABSTRACTBrittlenessofshaleisofvitalsignificancetoevaluatemechanicalpropertiesofoilandgasshalereservoirandhassignificanteffectonhydraulicfracturing.TheevaluationmethodsofshalebrittlenessaremainlybasedonYoung'smodulus,brittlemineralcomponent,ortotalstress-straincompressionfailure.Theseevalua

7、tionmethodsofbrittlenessmentionedabovecanhardlyconsistentthefracturecharacteristicsofshalewithhydraulicfracturing.Inordertobreakoutthelimitationsofcharacterizingtheshalebrittlenessbymechanicalparametersorst