线性弹性断裂力学在巴奈特页岩水力压裂研究中的运用

• 作者: S. Mehran Hosseini 钟郁兰
• 来源期刊: 石油地质科技动态
• 学科: 工学
• 关键词: 弹性断裂力学 水力压裂 非线性 页岩 准脆性材料 ASTM标准 压裂作业 断裂特性
• 年，卷（期）: 2014,（6）
• 页码范围: 96-105
• 页数: 10页
• 分类号: TE357.1

摘要

线性弹性断裂力学（LEFM）被广泛应用于水力压裂设计和评价。有很多压裂作业的结果与基于LEFM的模型模拟结果并不一致，对这类水力压裂作业中的非线性和塑性效应已开展过多项研究。大部分针对LEFM在岩石和准脆性材料（如混凝土）中的应用研究仅限于LEFM在测量断裂韧性的室内试验中的应用。这些研究发现，LEFM不是描述准脆性材料断裂特性的有效工具。运用已发表文献中有关原地应力状态和巴奈特页岩力争性质的大量数据，本文重点研究了LEFM在水力压裂研究中的适用性。LEFM已成功应用于金属材料，有关其应用的局限性已开展过研究，而且这些研究结果已反映在ASTM标准中。在本文中，我们运用相同的方法研究了LEFM在巴奈特页岩水力压裂处理中的适用性。首先，为了有一个总体的概念，我们研究了不同的断裂方式，以找出静水孔隙压力和超高压储层条件下的边界应力。其次，运用近裂纹尖端解和全应力分布解定义和描述了过程区域（process zone）和奇异性主导区域（singularity—dominated zone）。然后，根据全应力场分布，计算剪切过程区域和拉伸过程区域，并将其与奇异性主导区域的大小进行比较。最后，基于奇异性主导区域和过程区域的相对大小得出结论：LEFM不能精确描述巴奈特页岩的水力压裂特性。