基于缝端损伤区域的混凝土材料Ⅱ型裂缝扩展角研究

根据Ⅰ型裂缝和Ⅱ型裂缝在损伤与断裂耦合方面的联系,基于Ⅰ型裂缝的损伤方程推导出更适用于Ⅱ型裂缝的损伤演化方程,得到损伤区域的计算方法。通过损伤梯度研究Ⅱ型裂缝从损伤至开裂阶段裂缝发展方向的变化规律,最终得到Ⅱ型裂缝的扩展角是79°。将该扩展角与经典判据得到的扩展角进行对比,结果表明该方法是可行的。

泥页岩地层水力裂缝延伸方位研究

以非线性断裂力学理论为基础，通过应力叠加原理，推导出了ⅠⅡ型复合水力裂缝起裂角的解析模型。利用该模型计算了裂缝与最大水平主应力方向夹角为0°、30°、60°和90°时的裂缝端部塑性区域范围，并将利用该模型计算出的起裂角与利用最大周向应力准则计算出的起裂角进行了对比。结果表明：裂缝与最大水平主应力方向夹角为0°、30°、60°和90°时的裂缝端部塑性区域的范围分别是0～0.18，0～0.45，0～0.45和0～0.18倍半缝长；裂缝与最大水平主应力方向夹角为0°时，裂缝的起裂角为180°；当裂缝与最大水平主应力方向夹角增大至90°时，起裂角降为0°；在裂缝与最大水平主应力方向夹角及缝内流体压力相同的情况下，利用该模型计算出的起裂角比利用最大周向应力准则计算出的大0°～20°；在裂缝与最大水平主应力方向夹角相同的情况下，缝内流体压力为55 M Pa时的起裂角比缝内流体压力为45 M Pa时的大0°～40°。研究表明，利用非线性断裂力学研究泥页岩地层起裂是可行的，研究结果可以为水平井分段压裂优化提供一定的理论指导。

脆性岩石多裂缝干扰扩展机理研究

海洋中赋存有丰富的页岩油,由于这类储层岩性致密,需要采用体积压裂技术提高产能,而研究体积压裂过程中岩体内多个天然裂缝的扩展规律及其影响因素对于裂缝网络的形成至关重要。在水力压裂主裂缝壁面上及主裂缝两侧脆性岩体的水平切面上,当存在多条同轴天然裂缝时,影响天然裂缝起裂方向及起裂条件的因素较多。因此需要在线弹性断裂力学理论的基础上,运用最大周向拉应变及平面应变理论,建立受远场地应力作用及裂缝面受水压力作用下的理论模型。根据模拟结果,在主裂缝壁面上,随着垂向应力差异系数增加,天然裂缝最小起裂净压力减小,起裂角度增加,因此天然裂缝的扩展与垂向应力的大小有重要关系,垂向压力越小则越利于形成缝网。与有一定倾斜角度的裂缝相比,垂向天然裂缝容易破裂扩展。当天然裂缝的条数增加,天然裂缝的最小起裂净压力降低,有利于形成主裂缝壁面上的裂缝网络,达到体积压裂的效果。在主裂缝两侧岩体的水平切面上,天然裂缝与最小主应力方向的夹角越大,则对应破裂压力越小,且不需要较大的缝内压力(小于最小主应力)即可破裂。存在多条裂缝时,目标裂缝张性破裂的缝内压力均降低。上述模型及应用模拟揭示了脆性岩石在水力压裂过程中,主裂缝壁面岩体中形成复杂裂缝网络的内在机理。