A China possui abundantes reservas de gás de xisto e as reservas de gás de xisto comprovadas são as primeiras no mundo, mas seus reservatórios são caracterizados por baixa porosidade e baixa permeabilidade, e é necessária uma fraturação hidráulica mais efetiva para melhorar o gás de xisto Permeabilidade na rocha, de modo que a mineração é muito mais difícil que outros países. No presente, o problema básico da fraturação hidráulica em nosso país é como formar uma rede de fiação reticulada de grande escala em xisto com a combinação de dessorção e deslocamento, O gás rapidamente saiu.
Recentemente, a equipe de Zhao Ya-Pu, Laboratório Clínico do Estado de Mecânica Não-Linear, Instituto de Mecânica, Academia Chinesa de Ciências, realizou um trabalho de pesquisa sobre a lei de propagação de fissuras em torno do esforço de cisalhamento interfacial sólido-líquido do fluido de ruptura de rocha na fraturação hidráulica. O esforço de cisalhamento produzido pelo fluxo na interface sólido-líquido tem uma influência importante na lei de propagação de fissuras. Esta descoberta explica o fato de que a pressão do poço é muito maior do que o valor previsto do modelo tradicional e pode ser usada para orientar a seleção de fluidos de fratura e métodos de fraturação A otimização, tem um importante valor de aplicação.
É geralmente aceito na indústria que a pressão do fluido de fratura permanece substancialmente constante em toda a rachadura e aparece apenas perto da ponta da rachadura. Na análise teórica, os pesquisadores também descobriram que a pressão na ponta da rachadura é singular e dominam a singularidade e propagação de fissuras Mecanismo (dominado pela fratura de rocha e capacidade de trabalho do fluido de fraturação). Sob o mecanismo dominante de fabricação viscosa de fluido de fratura, a singularidade da ordem de 1/2 da mecânica de fratura elástica clássica clássica desaparece e a pressão do fluido da ponta da rachadura Da singularidade da ordem -1 / 3, a singularidade do estresse sólido também é ordem -1 / 3, o que é causado pela correspondência de fase de tensão da fase sólido-líquido. No equilíbrio de forças, podemos ver que a singularidade do esforço de cisalhamento é mais forte do que a pressão Portanto, um estudo detalhado dos efeitos do esforço de cisalhamento é necessário.
Portanto, a singularidade tensão-tensão na ponta de rachadura é usada para analisar qualitativamente o estresse de cisalhamento na interface sólido-líquido. Ao usar as propriedades assintóticas de estresse e deslocamento na ponta de rachadura e combinando com a integral de limite estabelecida de deslocamento e campo de esforço Os resultados mostram que o esforço de cisalhamento tende a levar ao fechamento de fissuras. O fator de intensidade de tensão e os métodos de cálculo da taxa de liberação de energia utilizados geralmente precisam de correção de esforço de cisalhamento. Existe uma potencial instabilidade de propagação de fissuras e, através do campo de tensão perto da ponta de rachadura e A densidade de energia de deformação e a tendência do esforço de cisalhamento são quebradas perpendicularmente à superfície de fissuras. Esses achados provaram teoricamente que a propagação de fissuras pode ser insegura ao controlar os parâmetros de fraturação e fornecer uma nova idéia para a formação de uma rede quebrada por fraturamento hidráulico Com base nisso, os pesquisadores estabeleceram um modelo de fração fluídico-hidráulico de lei de força com tensão de tensão acoplada na interface sólido-líquido para a fraturação comum de disco e corrigiram o critério de propagação de fissuras com base no fator de intensidade de tensão. O modelo Pode ser estendido ao modelo de fraturação hidráulica bidimensional e quasi tridimensional comumente usado para fornecer um conjunto de fricção hidráulica rápido e preciso E esquemas de simulação. Outros estudos descobriram que o esforço de cisalhamento leva a fendas mais longas e mais estreitas e uma maior pressão de poço com o esgotamento do fluxo viscoso do líquido de fraturamento desprezível em comparação com o esgotamento da fratura de rocha e que é excessivamente alto O estresse de cisalhamento causa instabilidade simultânea da rachadura no poço e a ponta da racha. Existem dois mecanismos dominantes de perda de pressão e esforço de cisalhamento na interface sólido-líquido, depleção de fratura de rocha e fluxo viscoso de fluido de fraturação O mecanismo muda durante o processo de fraturação e a direção da transição está relacionada ao índice de fluidez do fluido de fratura de poder. Essas descobertas explicam o fenômeno de que a pressão do poço é muito maior do que o valor previsto do modelo tradicional, O controle de fluxo rachado fornece a direção.
A pesquisa acima explora profundamente a influência significativa do esforço de cisalhamento na interface sólido-líquido sobre a singularidade do estresse e mecanismo dominante na fraturação hidráulica e fornece uma nova idéia para resolver os problemas básicos na exploração de gás de xisto.
Os resultados relevantes da pesquisa foram publicados no ASME Journal of Applied Mechanics, que foi apoiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais do Fundo Conjunto Petróleo e Químico da China, o Projeto Chave de Pesquisa de Ciência da Ciência da Ciência, o Projeto Chave de Pesquisa de Ciência Frontier e o Projeto de Ciência e Tecnologia Piloto Estratégico.
Fig. 1 Distribuição normalizada da densidade de energia de tensão e tensão perto da ponta de fenda sob diferentes mecanismos dominantes
Figura 2. (a) Diagrama esquemático da fraturação hidráulica em forma de disco; (b) Transição do mecanismo dominante com diferentes índices de fluxo. <0.5 时, 由断裂耗功向黏性耗功主导机制转变; n>0,5, o esforço de cisalhamento dominou a propagação precoce de fissuras
