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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
动载荷冲击后页岩蠕变试验及分数阶蠕变本构模型研究
  • 作者

    刘春田纪辉孙海涛魏明尧李文龙戴康

  • 单位

    中国矿业大学矿山互联网应用技术国家地方联合工程实验室中国矿业大学安全工程学院

  • 摘要
    页岩存储层甲烷燃爆压裂技术利于提高页岩气的产量,但燃爆冲击会对井筒造成损伤,在地应力作用下井筒周围页岩蠕变会导致井身变形,引发井壁失稳.为了分析冲击强度对页岩蠕变特性的影响,开展了不同冲击强度条件下页岩试样单次和多次冲击试验,然后对不同冲击损伤程度的页岩试验进行分级加载蠕变试验.试验结果表明:蠕变总形变量随冲击强度的增加而增加,冲击强度由1.6 J增加到25.6 J,冲击试样的应变量较原样分别增加了7.3%,16.1%,31.5%.同时,冲击强度的增加会降低蠕变破坏应力水平,增强加速蠕变效果,增加减速阶段蠕变速率与持续时间.最后,提出了一种新的页岩非线性分数阶损伤蠕变模型.该模型由胡克体、黏性元件、分数阶元件、分数阶改进Kelvin模型及非线性分数阶黏塑性模型组成,与经典Burgers模型相对比,新模型能很好地拟合蠕变过程的各个阶段的应变数据,特别是在蠕变加速阶段拟合度更高.研究结果能够为分析燃爆冲击后页岩井筒蠕变特性提供理论支持.
  • 关键词

    蠕变分数阶损伤非线性模型

  • 基金项目(Foundation)
    国家重点研发计划资助项目(2020YFA0711802);
  • 文章目录

    1 试样及试验
    1.1 试样及试验设备
    1.2 试验方案及过程
    1.3 试验结果
    2 分数阶蠕变模型的建立
    2.1 分数阶流变元件
    2.2 损伤蠕变黏塑性元件修正
    2.3 分数阶损伤蠕变模型
    3 页岩分数阶模型验证及参数分析
    3.1 页岩蠕变模型对比研究
    3.2 参数分析
    4 结 论
  • DOI
  • 引用格式
    [1]刘春,田纪辉,孙海涛,等.动载荷冲击后页岩蠕变试验及分数阶蠕变本构模型研究[J].中国矿业大学学报,2024,53(04):726-736.
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