压裂液高压渗滤对砂岩基质损伤演化的细观力学分析

摘要：

水力压裂过程中压裂液在裂缝面的高压渗滤,会引起裂缝两侧孔隙压力场变化,导致岩石力学本构特征发生改变,并进一步影响水力裂缝的动态扩展.采用基于细观断裂的宏观损伤理论,借助直线型滑移裂纹模型,推导了可考虑孔隙内饱和流体压力作用的细观裂纹尖端应力强度因子模型;进而建立了饱和岩石应力-应变本构模型,并与室内饱和岩石压缩试验结果进行了对比分析;并利用该本构模型,评价了孔隙压力水平对饱和岩石力学性质和损伤增渗程度的影响规律.结果 表明,所建本构模型可较好地表征孔隙压力变化对岩石力学性质的影响规律;岩石基质细观裂纹内的流体压力变化对岩石弹性模量和泊松比影响较小,但会大幅减小岩石开始发生塑性损伤的应力极限,弱化岩石抗压强度,减小裂缝两侧岩石受挤压而发生塑性形变的能量损耗,提高水力压裂能量利用率.压裂过程中裂缝周围的孔隙压力高于一定门限值后,会促进细观裂纹产生非稳态快速扩展,从而促进更多裂纹发生贯通串联,形成复杂裂缝网络,且可提高水力裂缝周围岩石的渗透率.所建立饱和岩石本构模型可为水力压裂引发岩石基质损伤增透的数学模拟提供一定理论支撑.

关键词：水力压裂;孔隙压力;应力-应变本构模型;细观裂纹

所属期刊栏目：42

分类号：TU454(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;国家重点研发计划

在线出版日期：2022-01-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：3238-3248