页岩气开发中的几个关键现代力学问题

• 作者: 周东 李世海 樊智勇 段文杰
• 来源期刊: 科学通报
• 关键词: 页岩气 现代力学 拉格朗日方程 表征元
• 年，卷（期）: 2016,（1）
• 所属期刊栏目: 评述/力学
• 页码范围: 47-61
• 页数: 15页
• 语种: 中文
• DOI: 10.1360/N972015-00745

摘要

伴随着现代信息技术的发展,现代力学的研究进入了一个新的阶段.本文将钱学森先生介绍的现代力学概念赋予了新的内涵,概括了现代力学的研究主体、研究方法和主要研究方向.从拉格朗日方程出发,按照表征元的物理变量和积分区域的几何表述,对计算力学的基本方法进行了分类,提出了通过实验和数值模拟共同获得介质的力学参数、研究介质力学特性和行为的思路和方法,在此基础上建立了表征元(计算单元)的积分——微分方程,体现了现代力学基本理论框架的特点.表征元的材料特性、力学行为以及由表征元构成的宏观介质全场运动规律均是现代力学的重要研究内容.现有材料实验目的是获得抽象为连续介质的材料应力应变关系和材料强度,而现代力学可以突破这个限制,通过多变量测量并结合数值模拟获得材料的特征和演化规律.在现代力学中全场解可以由数值计算获得,并由监测结果校核.通过与丰富的监测结果比较,数值模拟不可信的问题会逐步化解.页岩气开发的关键问题是研究地下页岩在各种条件下的破裂演化规律.页岩气开发新方案的技术路线应该是现代力学先行,以避免盲目在工程尺度上进行方案论证;借助现代力学可以打破水力压裂技术的局限性,探索新的技术方案.主要理论研究包括以下几个方面:(1)在认识表征元破裂度、渗透性演化的基础上,寻求关联性的理论表述方法;(2)研究体破裂度的渗流场、破裂场以及颗粒的相互作用规律;(3)时空全尺度模拟需要从理论上研究新的力学模型,其中包括借用岩体表征元破裂度和灾变破裂度的概念,实现破裂场与材料渗透性关联;(4)由流量、井口压力曲线计算出的岩体破裂参量可以被页岩气的产量校核,从而为提出新的工程方案、指导工程施工提供可参考的技术指标.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	李世海	中国科学院力学研究所	109	1855	24.0	40.0
2	周东	中国科学院力学研究所	13	89	6.0	9.0
3	段文杰	中国科学院力学研究所	1	0	0.0	0.0
4	樊智勇	中国科学院力学研究所	1	0	0.0	0.0