高径比对砂岩单轴压缩声发射特性的影响研究

岩石尺寸效应对声发射特性的影响对于利用声发射技术监测岩石失稳破坏具有重要的实践意义。本文选择不同高径比的长石细砂岩试样开展单轴压缩声发射试验,探讨尺寸效应对岩石声发射事件数、振铃计数、峰值频率等声发射特性参数的影响。研究结果表明:根据岩石试件撞击数的增长速率,将试件破坏阶段分为突变期、平静期、爆发期三个阶段,随着岩石试件高径比增加,声发射的撞击数相应增加,增加趋势与试件高径比的增加呈近似线性相关关系;随着岩石试件高径比的减小,振铃计数突变期时间占比相应减小,平静期振铃计数也相应减小;岩石试件的加载破坏的峰值频率主要呈现高频和低频两个集中分布区,随着高径比减小,岩石试件加载破坏的峰值频率逐渐由低频区向高频区过渡,同时峰值频率的离散性也在增加。试验成果丰富了岩石声发射特性的基础数据,并可为实际工程中声发射技术的实践应用提供参考。     

基于正交灰关联法的气藏水平井体积压裂影响因素研究

影响苏里格气田致密砂岩气藏水平井段内多缝体积压裂效果的裂缝因素为裂缝条数、裂缝长度、裂缝导流能力、裂缝间距和缝宽.揭示裂缝参数对水平井段内多缝体积压裂效果的影响及影响程度的主次关系,优选合理压裂裂缝参数已成为必须解决的紧迫问题之一,它是制约水平井在苏里格致密砂岩气藏应用的技术瓶颈.针对苏里格气田致密砂岩气藏水平井段内多缝体积压裂效果多衡量指标、多影响因素的特点,运用正交试验设计结合灰关联分析法对水平井段内多缝体积压裂效果的各个影响因素进行了分析.应用结果表明,正交灰关联分析法能给出各指标影响权重大小、因素影响主次顺序及最优方案,该方法避免了仅通过单一评价指标来进行决策的不科学性,可为压裂方案的优化设计和施工提供可靠理论依据.     

核磁共振T2谱换算孔隙半径分布方法研究

岩芯核磁共振T2谱和压汞分析数据均在一定程度上反映了岩石的孔隙结构特征,理论分析和二者频率分布图对比表明,这两组数据有较好的相关性,核磁共振T₂谱能够换算为反映岩石孔隙结构特征的孔隙半径分布图. 本文应用最大相关性原理、最小二乘法及插值算法等数学方法,给出了一个改进的将T2谱换算为孔隙半径分布图的实用有效新方法,求得了T2弛豫时间与岩芯孔隙半径r之间的换算系数C,计算过程中着重对比了T₂谱与压汞数据的主要分布区间,并考虑了压汞进汞饱和度小于100%对换算结果的影响. 天然砂岩岩芯核磁共振T₂谱换算为孔隙半径分布图的实际应用效果表明,着重对比T₂谱与压汞数据的主要分布区间,同时考虑压汞进汞饱和度小于100%对换算结果的影响是必要的,换算结果更加真实可信.     

利用反射光谱研究砂岩风化与排氮作用——以江西龙虎山为例

近期,《Nature》、《Science》等世界顶级期刊揭示了地表岩石与全球氮循环的相互作用,认为岩石是氮素的重要储库,其风化排氮是生态系统氮素的主要来源之一,对局部乃至全球氮循环具有重大影响。陆地地表岩石分布面积75%是沉积岩,丹霞地貌是受沉积岩风化侵蚀作用形成的重要地貌类型之一,研究丹霞地貌沉积岩的风化与排氮作用对深入了解全球氮循环过程具有重要意义。以江西龙虎山丹霞地貌出露的红色砂岩为研究对象,在系统的野外样品采集工作基础上,利用偏光显微镜、ASD光谱仪和碳氮分析仪对样品的矿物组成、光谱曲线和氮素含量进行鉴定和测量。结果表明：龙虎山砂岩主要为长石砂岩,颗粒矿物为长石和石英,胶结物以铁质、钙质为主,次为泥质;砂岩的化学风化类型主要有胶结物溶蚀和颗粒矿物水化两种,其中胶结物溶蚀以铁质溶蚀为主,溶蚀后岩石的光谱曲线在902 nm处（Fe3+的特征吸收波段）的吸收指数下降,而颗粒矿物水化则主要体现为长石向粘土矿物转变,水化后岩石的光谱曲线在2 210 nm处（粘土Al-OH的特征吸收波段）的吸收指数上升。针对同一件样品,已被化学风化的部分与未被风化的部分相比,其氮元素含量有所下降,且氮元素含量与2 210 nm处的吸收指数存在一定的负相关系（R2=0.802 6）,说明岩石风化有助于氮排放;针对不同样品,氮元素含量与2 210 nm处的吸收指数相关性很差（R2=0.025 6）,说明岩石矿物组成与结构差异对岩石初始氮含量和吸收指数产生影响,从而降低两者间的相关性。以上研究说明,反射光谱为砂岩风化程度检测与氮排放研究提供了一种重要的技术手段,但研究时必须注意岩性的一致性。     

致密砂岩垂直裂缝井CO2混相驱试井模型研究

向地层注入CO2可以有效地提高致密砂岩原油采收率,常规的试井解释数学模型不能满足致密砂岩无限导流垂直裂缝井CO2混相驱试井解释的需求．因此,基于渗流力学基本原理建立考虑应力敏感影响的无限导流垂直裂缝井CO2混相驱试井解释数学模型,利用Laplace变换、摄动变换和Stehfest数值反演的方法进行求解,编程绘制典型特征曲线并进行敏感性分析．研究表明：该模型典型特征曲线共划分为八个流动阶段．由于应力敏感效应的影响,径向流阶段内、外区压力导数曲线不再是0.5和0.5M13水平线,而是呈“上翘”的曲线,并且应力敏感系数越大,曲线“上翘”越明显;混相区压力导数曲线符合幂律型变化指数规律且高于(1-n)/(3-n)斜率直线;内区、混相区半径和M12的变化都会使得外区压力曲线升高;通过该模型可以有效地对致密砂岩压裂井CO2混相驱试井资料进行解释．     

垂直井筒井液携砂流动规律研究及其在油井生产中的应用

借助自建的实验装置，研究了油井出砂砂粒在流体中的沉降规律，以此为基础提出了井液携砂能力计算模型，然后将这一研究结果与常规有杆泵抽油井生产参数设计方法相结合，提出了有杆泵抽油系统在携砂生产条件下的参数设计方法。     

流体饱和下高孔隙率储油砂岩力学特性及本构模型

通过对其力学实验结果的分析,以两种破坏理论对油及水饱和下大孔隙率储油砂岩的破坏特征进行了解释,并应用塑性力学的盖帽模型建立了油及水饱和下大孔隙率储油砂岩的本构模型,并应用非线性有限元法进行了数值试验,结果表明,该文提出的模型与实验资料吻合良好,且能较好地模拟大孔隙率砂岩的几种破坏机理及模拟注水采油引起的砂岩附加沉降.     

龙游石窟砂岩的泥质胶结物研究

本文通过对浙江龙游石窟砂岩的岩矿鉴定,砂岩泥质胶结物质的X-衍射定性及定量分析、扫描电镜观察、差热分析,以了解砂岩的泥质胶结特征,为石窟风化研究和保护加固研究提供科学依据。     

粉砂岩峰后破坏区应力脆性跌落的试验和本构方程研究

对粉砂岩试样进行常规三轴压缩试验,得到了其在不同围压下的应力-应变全程曲线.结果表明,岩样应力-应变曲线峰前(破坏前区)部分的力学性质较为稳定,其力学行为可用经典强度理论进行描述;应力-应变曲线峰后(破坏后区)部分,岩样处于非稳定状态,其力学行为难以用经典强度理论来描述,而脆塑性模型恰好可以描述试验岩样的应力非连续变化特征.岩石的应力脆性跌落是有条件发生的,应力脆性跌落系数是围压的函数,并给出应力脆性跌落系数与围压的关系.对完整岩样而言,使用弹性-线性软化-残余塑性三线性非理想脆塑性模型可以描述岩样的本构特征,而对含有节理岩样而言,采用双线性弹性-线性软化-残余塑性四线型非理想脆塑性模型与试验更为相符.     

利用脉冲功率技术开采海底富钴结壳的试验研究

为了克服采用传统机械方法开采海底富钴结壳时破碎头易磨损、效率低以及贫化率高等缺点，通过试验方法研究了一种利用脉冲功率技术开采海底富钴结壳的新技术。采用12级全固态Marx电路和半导体开关IGBT研制了高压脉冲电源，该电源可产生负高压方波脉冲，其上升沿上升时间约100 ns，最高幅值可达40 kV，脉宽可调。破碎方式采用针针电极并与岩石同侧表面紧密接触。为了使两电极与岩石同侧表面接触的部位电势尽可能高，采用不锈钢针作为正、负电极，且电极间距可调。研究发现当电极间距约为3 mm时，该电源产生的幅值约32.5 kV的高压脉冲可在高压油中的砂岩内部形成等离子通道并破碎砂岩。放电既可发生在高压脉冲上升沿阶段，也可发生在上升沿上升时间之后。从放电过程中的电压电流波形来看，等离子通道回路中有电流时其两端存在明显的压降，因此等离子通道具有阻性，而且阻值在放电过程中是变化的。