基于熵理论的裂缝扩展规律研究

论文摘要

深入了解水力压裂裂缝启裂和扩展规律对于部署井网、制定油气田开发策略以及提高油气田采收率至关重要。目前对裂缝扩展规律的理论研究主要从应力场角度进行分析。然而,岩石内部存在各种缺陷,应力分布极不均匀。运用应力场理论难以准确合理地描述裂缝真实的启裂扩展过程。针对该问题,需要从一个新的理论角度出发对水力压裂裂缝真实形态等问题做更深层次的研究与探索,以弥补现有分析方法存在的不足。熵是表征复杂系统有序度或能量分布均匀性的物理量。在水力压裂裂缝的启裂和扩展过程中,总是伴随着能量的转换和熵变,因此将熵理论引入水力压裂裂缝启裂和扩展分析中是完全可行的。本文创新性地将熵理论和能量原理引入到分析裂缝启裂和扩展规律的研究中,分析了水力压裂裂缝扩展的影响因素,确定了水力压裂裂缝扩展的熵理论研究方法。将影响水力压裂裂缝扩展的应力因素转化为熵值,在此基础上建立了裂缝启裂熵变方程。并得到了新的水力压裂裂缝启裂准则和启裂模型。从熵的角度给出一种描述裂缝扩展规律的新方法。从微观角度解释了裂缝启裂,扩展和闭合的实质。本文的研究为解决水力压裂裂缝扩展的工程问题提供了指导,并丰富了水力压裂裂缝扩展的理论研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 裂缝扩展研究
• 1.2.2 熵理论研究进展
• 1.3 研究方法和途径
• 1.4 论文结构和研究内容
• 第二章 熵理论基础
• 2.1 熵的基本理论
• 2.1.1 基本概念
• 2.1.2 熵的基本性质
• 2.1.3 熵的物理意义
• 2.2 熵增加原理
• 2.3 最大熵原理
• 2.4 耗散结构理论与熵
• 2.5 本章小结
• 第三章 裂缝启裂过程中的熵变规律研究
• 3.1 影响水力压裂裂缝启裂的因素分析
• 3.1.1 原地应力引起的井眼周围应力
• 3.1.2 压裂液渗流引起的附加应力
• 3.1.3 温度变化产生的附加应力
• 3.1.4 生产措施引起的附加应力
• 3.2 水力压裂岩体应力的熵值转化
• 3.3 水力压裂岩体熵变计算
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于熵理论的裂缝扩展速率模型
• 4.1 裂缝扩展的熵变分析
• 4.2 水力压裂裂缝扩展速率计算
• 4.3 模型应用实例
• 4.3.1 计算参数
• 4.3.2 结果分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要