Китай располагает богатыми запасами сланцевого газа, а проверенные запасы сланцевого газа занимают первое место в мире, но его резервуары характеризуются низкой пористостью и низкой проницаемостью, и для повышения сланцевого газа необходим более эффективный гидравлический разлом Проницаемость в горных породах, поэтому добыча намного сложнее, чем в других странах. В настоящее время основной проблемой гидравлического разрыва в нашей стране является создание крупномасштабной сети сшитых трещин в сланце с сочетанием десорбции и смещения, Газ быстро погас.
Недавно команда Чжао Я-Пу, Государственная ключевая лаборатория нелинейной механики, Институт механики Китайской академии наук, провела исследование по изучению закона распространения трещин вокруг межфазного сдвигового напряжения твердой фазы жидкости в гидроразрыве гидроразрыва. Напряжение сдвига, создаваемое потоком на границе раздела твердой и жидкой фаз, оказывает важное влияние на закон распространения трещины. Этот вывод объясняет тот факт, что давление в стволе скважины намного выше, чем предсказанное значение традиционной модели, и может использоваться для управления выбором методов гидроразрыва и разломов Оптимизация имеет важное значение для приложения.
В промышленности принято считать, что давление флюидирующей жидкости остается по существу постоянным по всей трещине и появляется только вблизи наконечника трещины. В теоретическом анализе исследователи также обнаружили, что давление на вершине трещины является сингулярным, а преобладание сингулярности и трещины Механизм (с преобладанием перелома горной породы и удобоукладываемости жидкости для гидроразрыва). При доминирующем механизме вязкого изготовления жидкости для гидроразрыва исчезает сингулярность классического линейного упругого разрушения 1-2-го порядка и давление жидкости в трещине Из особенности порядка -1 / 3 особенность твердого напряжения также составляет -1 / 3 порядка, что обусловлено напряжением-деформацией твердо-жидкой фазы, а баланс сил показывает, что сингулярность напряжения сдвига сильнее давления , Поэтому необходимо детальное изучение эффектов напряжения сдвига.
Поэтому особенность напряженно-деформированной деформации на вершине трещины используется для качественного анализа напряжения сдвига на границе раздела твердой и жидкой среды. Используя асимптотические свойства напряжения и смещения на вершине трещины и сочетаясь с вновь установленным граничным интегралом поля смещения и напряжений Результаты показывают, что напряжение сдвига имеет тенденцию приводить к закрытию трещины. Обычно используемые коэффициенты интенсивности напряжений и методы расчета скорости высвобождения требуют введения коррекции сдвигового напряжения. Существует потенциальная нестабильность при распространении трещины. Через поля напряжений вблизи наконечника трещины и Плотность энергии деформации и склонность напряжения сдвига подвергаться трещине перпендикулярно поверхности трещины. Эти результаты теоретически доказали, что распространение трещины может быть нестабильным, контролируя параметры разрыва пласта и создавая новую идею для образования трещинной сети путем гидравлического разрыва Исходя из этого, исследователи установили силовую модель гидравлического разрыва пласта со связанным напряжением на границе раздела твердое вещество-жидкость для общего разрушения диска и скорректировали критерий распространения трещины, основанный на коэффициенте интенсивности напряжений. Может быть распространена на широко используемую двумерную и квази-трехмерную модель ГРП для обеспечения быстрого и точного набора гидравлического разрыва пласта И схемы моделирования. Дальнейшие исследования показали, что напряжение сдвига приводит к более длительным и более узким трещинам и более высокому давлению в стволе скважины с вязким истощением потока жидкости для гидроразрыва пренебрежимо малым по сравнению с истощением разрушения горных пород и чрезмерно высоким Сдвиговое напряжение вызывает одновременную неустойчивость трещины в стволе скважины и наконечнике трещины. Существуют два доминирующих механизма потери давления и напряжения сдвига на границе раздела между твердой и жидкой средой, истощение разрушения горных пород и вязкого течения жидкости для гидроразрыва Механизм изменяется во время процесса разрыва, а направление перехода связано с индексом текучести силовой жидкости для гидроразрыва. Эти открытия объясняют явление, что давление в стволе скважины намного выше прогнозируемого значения традиционной модели, Управление трещинами потока обеспечивает направление.
Вышеприведенное исследование глубоко изучает важное влияние напряжения сдвига на границе раздела твердой и жидкой фаз на сингулярность напряжений и доминирующий механизм при гидравлическом разрыве и дает новую идею для решения основных проблем эксплуатации сланцевого газа.
Соответствующие результаты исследований были опубликованы в Журнале прикладной механики ASME, который был поддержан Национальным фондом естественных наук Китайского нефтяного и химического объединенного фонда, Проектом китайской академии наук по инновационным перекрестным проектам, Основным проектом исследований в области пограничных исследований и Стратегическим пилотным научно-техническим проектом.
Рис.1 Нормированное распределение плотности энергии напряжений и деформаций вблизи наконечника трещины при различных доминирующих механизмах
Рисунок 2. (а) Схема дискретного гидравлического разрыва, (б) Переход доминирующего механизма с различными индексами потока. <0.5 时, 由断裂耗功向黏性耗功主导机制转变; n>0,5, напряжение сдвига доминировало в раннем распространении трещины
