流固耦合下煤岩渗透性演化及储层压裂增透机理研究

作     者：张磊 

作者单位：山东科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：程国强

授予年度：2020年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：弹塑性损伤 非均质 渗透性演化 水力压裂 

摘      要：水力压裂对煤储层原始形态的有效改造是煤矿井卸压增透、增量增产的重要前提。水力压裂通过高压水的注入,使储层微裂隙网络在地应力及注水压力作用下得以扩展、延伸,从而提高储层渗透能力。研究煤岩流固耦合下损伤破坏及渗透性演化规律,对揭示储层水力压裂增透具有重要意义。本文围绕煤岩弹塑性损伤模型、流固耦合模型开展研究,通过理论分析、数值模拟等方式,系统研究分析了流固耦合煤岩损伤破坏及渗透性演化过程。立足耦合煤岩损伤及渗透性演化规律,揭示了煤储层水力压裂增透特性。主要工作如下:（1）以基于塑性与损伤理论的弹塑性损伤模型刻画了天然煤岩力学特性,引入考虑煤岩均质度的塑性损伤变量并结合数值试验分析煤岩塑性损伤参数,提出了基于等效塑性应变的非均质煤岩损伤演化方程,利用室内试验结果验证了数值模拟方法的可靠性及煤岩损伤演化对峰后塑性变形状态的适用性。（2）依据流固耦合理论研究了煤岩变形破坏宏观力学特性及渗透性变化规律,结合表征基元方法提出了考虑煤岩整体损伤效应的渗透性演化方程,对比室内试验结果说明数值模拟煤岩渗透试验过程的有效性。同时,考虑了耦合状态加载围压、渗透压、均质度等对煤岩变形应力、渗流场演化的影响,分析煤岩塑性损伤破裂区域的形成过程。（3）立足流固耦合下煤岩损伤及渗透性演化规律,以煤储层压裂增透为研究背景,分析在地应力及注水压力作用下储层应力、渗流场变化规律,研究了储层塑性损伤裂缝起裂、扩展形成复杂裂缝结构的演化过程,揭示了储层水力压裂增透作用机理。