基于能量平衡原理的水力劈裂能量耗散研究

doi:10.3969/j.issn.1674-0696.2017.08.10

重庆交通大学学报（自然科学版） ›› 2017, Vol. 36 ›› Issue (8): 54-57.DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2017.08.10

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基于能量平衡原理的水力劈裂能量耗散研究

张志敏，高文华，马向前

(湖南科技大学岩土工程稳定控制与健康监测省重点实验室，湖南湘潭 411201)

收稿日期:2016-01-15 修回日期:2016-10-13 出版日期:2017-08-14 发布日期:2020-07-10
作者简介:张志敏(1978—)，男，湖南湘潭人，讲师，博士，主要从事岩土工程方面的研究。E-mail：hnustzhangzm@163.com。
基金资助:
湖南省教育厅重点科研项目(16A073)；湖南省研究生科研创新基金项目(CX2016B571；CX2016B561)；湖南省岩土工程稳定控制与健康监测省重点实验室开放基金项目(E21622)

Energy Dissipation of Hydraulic Fracturing Based on Energy Balance

ZHANG Zhimin，GAO Wenhua，MA Xiangqian

(Hunan Provincial Key Laboratory of Geotechnical Engineering for Stability Control and Health Monitoring， Hunan University of Science and Technology，Xiangtan 411201，Hunan，P. R. China)

Received:2016-01-15 Revised:2016-10-13 Online:2017-08-14 Published:2020-07-10

摘要/Abstract

摘要： 在页岩气开采中，水力劈裂总的能量耗散是评价页岩气是否具有可开采价值的一个重要指标。基于Griffith能量平衡原理，推导了平面应变问题水力劈裂过程中系统的总能耗的理论公式。分析了裂纹扩展速度、水的黏滞性和裂纹面的形态对系统总能耗的影响，得出了高脆性岩石材料在较低裂纹扩展速度下有利于节省水力劈裂的总能耗。同时推导了在等流量注水时单位时间的能量耗散表达式，随着裂纹的扩展，单位时间的能量耗散逐渐递减，因此，加压设备的功率主要取决于初始裂纹劈裂时的加载能力。该结论对于评估和改进水力劈裂开采页岩气有一定的借鉴意义。

关键词: 页岩气, 水力劈裂, 能量耗散, 裂纹

Abstract: In the exploration process of shale gas，the total energy dissipation of hydraulic fracturing is one of the significant indicators to evaluate whether it is worthy to be explored.The theoretical formula of the total energy consumption in the process of the hydraulic fracturing for the plane strain problem was deduced based on the principle of energy balance of Griffith，and the impact of crack development speed，water viscosity and crack shape on the whole energy consumption was analyzed.It was concluded that the brittle rocks tended to be more beneficial to the conservation of energy dissipation of hydraulic fracturing with the lower crack speed.Furthermore，the formula of energy dissipation per unit time with the equal water injection was obtained.With the growth of crack，the energy dissipation per unit time decreased gradually；accordingly，the power of the pressurized equipment mainly depended on the loading potential of the initial crack fracturing.The conclusion can be used for reference to evaluate and improve the hydraulic fracturing exploration of shale gas.

Key words: shale gas, hydraulic fracturing, energy dissipation, crack

中图分类号:

TU41

张志敏，高文华，马向前. 基于能量平衡原理的水力劈裂能量耗散研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2017, 36(8): 54-57.

ZHANG Zhimin，GAO Wenhua，MA Xiangqian. Energy Dissipation of Hydraulic Fracturing Based on Energy Balance[J]. Journal of Chongqing Jiaotong University(Natural Science), 2017, 36(8): 54-57.

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