[1]刘佰衢,刘诗琼,刘向君,等.层理性页岩岩石力学特性数值模拟[J].复杂油气藏,2023,16(04):410-419.[doi:10.16181/j.cnki.fzyqc.2023.04.008]
　LIU Baiqu,LIU Shiqiong,LIU Xiangjun,et al.Numerical simulation on mechanical properties of stratified shale rocks[J].Complex Hydrocarbon Reservoirs,2023,16(04):410-419.[doi:10.16181/j.cnki.fzyqc.2023.04.008]
点击复制

层理性页岩岩石力学特性数值模拟()
分享到：

《复杂油气藏》[ISSN:1674-4667/CN:31-2019/TQ]

卷:
16卷
期数:
2023年04期
页码:
410-419
栏目:
油气开发
出版日期:
2023-12-25

文章信息/Info

Title:
Numerical simulation on mechanical properties of stratified shale rocks
作者:
刘佰衢; 刘诗琼; 刘向君; 熊　健; 梁利喜
西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川 成都610500
Author(s):
LIU Baiqu; LIU Shiqiong; LIU Xiangjun; XIONG Jian; LIANG Lixi
National Key Laboratory of Geology and Development Engineering of Oil and Gas Reservoirs，Southwest University of Petroleum，Chengdu 610500，China
关键词:
页岩; RFPA2D; 层理角度; 层理密度; 力学特性; 破坏形态
Keywords:
shale; RFPA2D; bedding angle; bedding density; mechanical properties; failure pattern
分类号:
TE371
DOI:
10.16181/j.cnki.fzyqc.2023.04.008
文献标志码:
A
摘要:
为了探究层理性页岩在不同层理条件下的力学性质，以四川盆地龙马溪组页岩为研究对象，基于岩石破裂过程分析系统RFPA2D数值模拟软件，模拟了在不同层理密度、层理角度的情况下，页岩的抗压强度、弹性模量、泊松比、抗张强度和断裂韧性的变化。随着页岩层理密度的增大，抗压强度、弹性模量、抗张强度和断裂韧性均出现不同程度减小，而泊松比呈现增大趋势；在层理密度不变的条件下，随着层理角度的增加，页岩的抗压强度、弹性模量、抗张强度和断裂韧性均呈现先减小再增大的趋势，而泊松比则先增加后减小。其中，抗压强度和弹性模量在层理角度约40°时出现最小值，抗张强度在层理角度约20°时出现最小值，断裂韧性在层理角度约30°时出现最小值。研究结果表明：层理密度、层理角度均对页岩的破坏形式和力学性质具有显著影响，且随着层理条件的改变，页岩的抗压强度、抗张强度、弹性模量和断裂韧性变化趋势相同，泊松比变化趋势则相反。
Abstract:
To explore layered shale’s mechanical properties under different bedding conditions，taking the Longmaxi Formation shale in Sichuan Basin as the research object，based on the numerical simulation software of analysis system of rock fracture process （RFPA2D），the changes of compressive strength，elastic modulus，Poisson’s ratio，tensile strength and fracture toughness of shale under different bedding densities and bedding angles were simulated. With the increase of shale laminar density，the compressive strength，elastic modulus，tensile strength，and fracture toughness are reduced to different degrees，while Poisson’s ratio shows an increasing trend. Under the condition of constant laminar density，with the increase of bedding angle，the compressive strength，elastic modulus，tensile strength，and fracture toughness of shale show a trend of decreasing and then increasing. In contrast，the Poisson’s ratio increases first and then decreases. Among them，the minimum values of compressive strength and elastic modulus appeared when the bedding angle was about 40°，the minimum value of tensile strength appeared when the bedding angle was about 20°，and the minimum value of fracture toughness appeared when the bedding angle was about 30°. The results show that the bedding density and the bedding angle have a significant effect on the damage form and mechanical properties of the shale，and with the change of bedding conditions，the compressive strength，tensile strength，elastic modulus，and fracture toughness of the shale have the similar change trend，while the Poisson’s ratio changes in reverse.

参考文献/References:

［1］李国欣，雷征东，董伟宏，等.中国石油非常规油气开发进展、挑战与展望［J］.中国石油勘探，2022，27（1）:1-11.
［2］邹才能，赵群，丛连铸，等.中国页岩气开发进展、潜力及前景［J］.天然气工业，2021，41（1）:1-14.
［3］张永泽.鄂西渝东页岩力学性能的各向异性研究［D］.绵阳:西南科技大学，2016.
［4］张伯虎，马浩斌，田小朋，等.层状页岩力学参数的各向异性研究［J］.地下空间与工程学报，2020，16（S2）:634-638.
［5］解元.层状页岩强度参数与剪胀角演化特征及模型研究［D］.北京:中国地质大学（北京），2021.
［6］陈天宇，冯夏庭，张希巍，等.黑色页岩力学特性及各向异性特性试验研究［J］.岩石力学与工程学报，2014，33（9）:1772-1779.
［7］贾锁刚，万有余，王倩，等.页岩各向异性力学特性微观测试方法研究［J］.地质力学学报，2021，27（1）:10-18.
［8］李军润，尹彬瑞，刘俊新，等.陆相泥页岩层理脆—延转化特性的研究［J］.工业建筑，2022，52（8）:168-174.
［9］解经宇，陆洪智，陈磊，等.龙马溪组层状页岩微观非均质性及力学各向异性特征［J］.地质科技通报，2021，40（3）:67-77.
［10］侯鹏，高峰，杨玉贵，等.黑色页岩巴西劈裂破坏的层理效应研究及能量分析［J］.岩土工程学报，2016，38（5）:930-937.
［11］曾健新，刘俊新，张永泽.层理效应对黑色页岩抗拉强度影响及其能量分析［J］.高速铁路技术，2019，10（2）:38-43，59.
［12］王辉，李勇，曹树刚，等.基于巴西劈裂实验的层状页岩断裂特征试验研究［J］.采矿与安全工程学报，2020，37（3）:604-612.
［13］马立科，曹函，张政，等.不同层理倾角页岩Ⅰ型裂缝断裂表现实验研究［J］.石油科学通报，2019，4（4）:347-353.
［14］张景轩，范晓，陈波，等.硬脆性页岩断裂韧性二维数值模拟研究［J］.复杂油气藏，2019，12（1）:73-80.

相似文献/References:

[1]邱　岐.下扬子巢湖地区二叠系大隆组页岩特征及潜力分析[J].复杂油气藏,2021,14(02):8.[doi:10.16181/j.cnki.fzyqc.2021.02.002]
　QIU Qi.Shale characteristics and potential analysis of Dalong Formation in Chaohu area，lower Yangtze area[J].Complex Hydrocarbon Reservoirs,2021,14(04):8.[doi:10.16181/j.cnki.fzyqc.2021.02.002]
[2]张　瑾.分形理论与矩法估计联合的页岩孔隙结构表征[J].复杂油气藏,2022,15(02):53.[doi:10.16181/j.cnki.fzyqc.2022.02.009]
　ZHANG Jin.Characterization of shale pore structure based on fractal theory andmoment estimation[J].Complex Hydrocarbon Reservoirs,2022,15(04):53.[doi:10.16181/j.cnki.fzyqc.2022.02.009]

备注/Memo

备注/Memo:
收稿日期：2023-02-15；改回日期：2023-05-04。
第一作者简介：刘佰衢（1998—），硕士研究生,研究方向为二氧化碳作用后页岩岩石力学性质劣化问题。E-mail：304907121@qq.com。
基金项目：中国石油科技创新基金项目“基于“数据+知识”协同驱动的深层陆相页岩油储层工程甜点预测方法研究”（No.2023DQ02-0101）。
更新日期/Last Update: 2024-02-06