基于能量平衡原理的水力劈裂能量耗散研究

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。