动载荷冲击后页岩蠕变试验及分数阶蠕变本构模型研究
刘春1
田纪辉2
孙海涛2
魏明尧1
李文龙2
戴康2
1.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,江苏徐州 2211162.中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州 221116
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
分类号：TD262(矿山设计与建设)X936(安全工程)
资助基金：国家重点研发计划(2020YFA0711802)
论文发表日期：2024-07-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 726-736 )
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