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龙马溪海相页岩水力裂缝扩展连通机理研究的开题报告
摘要
随着页岩气、页岩油勘探和开发的不断深入，龙马溪海相页岩作为十分重要的勘探目标，受到了广泛关注。在页岩水力压裂过程中，裂缝的扩展和连通是影响渗透率和产能的重要因素。为了探究龙马溪海相页岩的水力裂缝扩展连通机理，本文综述了当前国内外对页岩水力裂缝扩展和连通机理的研究进展和成果，提出了在本研究中探讨的问题，并进行了研究方法和技术方案的选择。根据研究目标，本研究选取了在实验室中进行模拟实验的方法，在研究过程中将不断优化模拟实验的方法和条件，利用离散元方法分析水力裂缝扩展的演变规律和连通机理，对完善页岩储层的开发和生产具有重要的意义。
关键词：龙马溪海相页岩；水力裂缝；扩展；连通机理；离散元方法
一、研究背景及意义
页岩气、页岩油勘探和开发已成为当今国际油气勘探领域的热点和前沿，是能源领域发展的重要方向。在国内，龙马溪海相页岩成为了页岩气开发的重要目标，具有广阔的勘探和发展前景。然而，页岩储层开发面临的一个重要问题是储层孔隙度低、渗透能力弱，增强页岩储层渗透率的主要方法是通过水力压裂技术对页岩储层进行改造，形成大量的裂缝通道，提高渗透率和产能。因此，水力压裂过程中裂缝的扩展和连通机理是影响储层利用效果的重要因素。
目前，国内外已经有学者对页岩水力压裂过程中裂缝扩展和连通机理开展了一系列的研究，但对于龙马溪海相页岩的水力裂缝扩展连通机理的相关研究相对较少。因此，开展对于龙马溪海相页岩的水力裂缝扩展连通机理研究，对于深入了解页岩储层的物理特征和行为规律、优化页岩水力压裂工艺、提高页岩储层的利用效果具有十分重要的意义。
二、文献综述
目前，对于页岩水力裂缝扩展连通机理的研究已经引起了广泛关注。在国外，McClure等人（2011）通过实验研究得出了硬质页岩水力压裂产生的裂缝是细长、弯曲的三维结构，并且裂缝扩展方向受应力场的影响而逐渐变化；Barnhoorn等人（2012）利用数字模拟的方法研究了水力压裂过程中裂缝扩展和连通机理，得出了裂缝扩展与连通的关系是受到原生裂缝和左右侧界限制的，同时，裂缝更容易向应变率最大的区域扩展；Moeinijam等人（2013）在考虑脆性和塑性变形的条件下，对页岩水力裂缝扩展机制的差异进行了探究，得出了裂缝扩展过程中存在快速瞬间和慢速连续两个阶段的结论。
在国内，吴凡等人（2016）对于应变率、应力差、原生裂缝等因素对于页岩水力裂缝扩展的影响进行了实验研究，得出了应变率和应力差是影响裂缝扩展的主要因素，同时原生裂缝也对裂缝的扩展、连通产生了重要影响；张建军等人（2017）对于离散元法在页岩水力裂缝扩展中的应用进行了分析，认为离散元法是一种有效的研究水力裂缝扩展机理的方法。
三、研究内容
本研究旨在探究龙马溪海相页岩的水力裂缝扩展连通机理，具体研究内容如下：
（1）分析龙马溪海相页岩的物理特征、岩石力学特性等方面的数据，构建龙马溪海相页岩的实验模型；
（2）通过实验模拟水力压裂过程，研究水力裂缝扩展的规律、扩展方向对裂缝连通的影响等因素；
（3）利用离散元方法分析水力裂缝扩展过程中裂缝的形态演变规律和连通机理，确定页岩水力压裂中裂缝扩展和连通的关系；
（4）优化实验模型和分析方法，对研究结果进行验证和完善，为页岩储层的开发和生产提供科学可靠的理论支持。
四、研究方案
本研究主要采用实验和数值模拟相结合的方法进行研究。具体方案如下：
（1）实验：选用适宜的模拟装置和实验原材料，利用周期性水压加载装置进行水力压裂实验，记录裂缝形态、裂缝面积等参数，并进行图像处理和数据分析；
（2）离散元方法：采用离散元软件对水力裂缝扩展过程进行模拟分析，建立岩石颗粒的运动方程、裂缝演化方程和应力场方程等模型，对裂缝形态及扩展连通机理进行模拟；
（3）数据处理和分析：对实验数据和数值模拟结果进行统计分析和对比研究，重点考察水力压裂过程中裂缝形态演变规律和裂缝连通机理等因素，总结研究成果并提出对后续研究的启示。
五、预期成果
（1）对于龙马溪海相页岩水力裂缝扩展连通机理形成独具特色的研究成果；
（2）对于页岩储层开发和生产具有重要的理论指导意义和实际应用价值；
（3）在离散元软件模拟和实验技术方面积累了丰富的经验，对相关研究的拓展和深入提供了借鉴。