高精度实验室液压机在页岩压裂中的主要作用是什么？验证数值模型

高精度实验室液压机在页岩水力压裂中的主要作用是通过物理测试来验证数值模型。 这些机器用于对页岩样品进行单轴和三轴压缩试验，以提取关键的力学参数。具体来说，它们测量杨氏模量、泊松比和抗拉强度，这些参数是确保计算机模拟准确反映岩层真实行为的重要输入数据。

没有准确的物理数据，可靠的水力压裂模拟就不可能存在。高精度压力机充当了信息来源，建立了岩石基质和层理面的力学基线，以防止理论模型与实际地层响应之间出现差异。

获取关键力学参数

在此背景下，液压机的基本功能是确定页岩的弹性。通过施加受控载荷，研究人员计算杨氏模量和泊松比，这些参数定义了岩石在破裂前的应力变形情况。

除了弹性之外，该设备还用于确定材料的断裂点。测试确定了岩石基质和层理面的抗拉强度，这是预测压裂过程中裂缝如何以及在哪里开始的重要参数。

高精度压力机使研究人员能够观察岩石在加载过程中的变化。这包括在有限应变条件下监测孔隙度演变和渗透率变化，从而深入了解随着岩石变形，流体流动可能如何改变。

地表测试不能自然地模拟压裂发生的深层地下环境。高精度压力机施加轴向应力和围压，以模拟地下数千米处的复杂应力状态。

收集的数据是数值模拟的核心输入。通过将精确的、通过实验得出的物理参数输入软件，工程师可以确保模拟结果与地层岩石的实际力学行为保持一致。

虽然实验室压力机提供高精度数据，但它们处理的是小尺寸岩心样品。一个常见的陷阱是假设一个小的、均质的样品能够完美地代表一个巨大的页岩地层的非均质性，而该地层可能包含实验室样品中不存在的大型天然裂缝。

得出的数据高度依赖于载荷的施加方式。如果加载速率没有精确控制，或者与现场预期的应变速率不匹配，所得的力学参数可能会歪曲模拟结果，导致裂缝几何形状的预测不准确。

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当高精度的物理数据将理论模拟转化为预测工具时，真正的验证就发生了。

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Heng Zheng, Ning Li. Numerical Simulation of the Interaction Between Hydraulic Fracture and the Bedding Plane in Shale Formation. DOI: 10.3390/pr13010006

本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .