考虑单元劈裂的流-固耦合连续-非连续方法及定向水力压裂模拟

为了更真实地模拟水力压裂过程中的岩石变形、裂缝扩展及流体流动,在自主开发的拉格朗日元与离散元耦合的连续-非连续方法的基础上,发展了一种流-固耦合方法。在该方法中,裂缝可沿四边形单元对角线和单元边界扩展,流体流动满足立方定律。通过与单一裂缝非稳态渗流模型及KGD模型的理论解进行对比,验证了该方法的正确性。由定向射孔水力压裂的模拟结果可以发现,(1)距离射孔越远,流体压力越小;随着时间的增加,裂缝中流体压力降低。(2)随着射孔角度的增加,裂缝起裂和扩展过程中的流体压力及转向距离增加;随着x方向水平应力的增加,裂缝起裂和扩展过程中的流体压力增加;两个方向水平应力之差越大,裂缝转向距离越小。(3)随着时间的增加,裂缝区段数目的增速变慢,这与裂缝体积增加变快有关。     

不同围压作用下非均匀岩石水压致裂过程的数值模拟

从岩石细观非均匀性的特点出发，提出一个描述非均匀材料渗流和破裂相互作用的数值模型。在这个数值模型中，单元的力学、水力学性质根据统计分布而变化，以体现材料的随机不均质性，材料在开裂破坏过程中流体压力传递通过单元渗流，损伤耦合迭代来实现。算例表明，该模型能较好地模拟出岩石类材料在水力压裂作用下，微结构非均匀分布和不同围压比对破裂模式、失稳压力的影响，非均匀性导致试件的开裂压力、失稳压力明显不同，裂纹扩展路径不规则发展，模拟结果和实验结果较为一致。     

Hydrophobic guar gum derivatives prepared by controlled grafting processes

Introduction of polyalkoxyalkyleneamide grafts to guar gum produces a new water soluble guar derivative. Modification of either guar gum or hydroxyopropyl guar is achieved in a three‐step process: carboxymethylation with sodium chloroacetate, esterification with dimethyl sulfate (DMS) and amidation with a series of polyalkoxyalkyleneamines. The process was followed using infrared spectroscopy; the grafted guar derivatives were characterized using ¹H NMR. A series of hydroxypropyl guar (HPR) derivatives with degrees of carboxymethylations ranging from 0.2–0.3 were modified with polyalkoxyalkyleneamines with molecular weights ranging from 300 to 3000. The ratio of oxypropylene to oxoethylene units in the polyalkoxyalkyleneamines was varied from 9/1 to 8/58 to adjust the hydrophobicity of the grafts. Aqueous solutions of the graft copolymers exhibit viscosities one to two orders of magnitude lower than the corresponding solutions of the parent guar gum. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

含气多孔介质卸压层裂的间隔特征——突出的前兆

含气多孔介质在卸压下的拉伸破坏有两种模式－层裂和突出，达到或超过临界破坏条件，引发骨架层裂破坏，达到或超过更强一些的临界突出条件，则引发突出，从采煤实践中逐次掘进的长过程看，层裂是已达破坏条件而未到突出条件的情况，进一步发展可能引发突出。实验表明层裂显微镜规律的间隔特征，因而与层裂相关的瓦斯浓度变化和地音信息可以认作是突出的前兆，如果在内部形成破坏区，渗流场与应力场的耦合有可以导致延时突出，石门自     

转向剂形成人工应力遮挡的实验研究及有限元分析

针对水力压裂过程中采用的人工应力遮挡控制缝高技术,通过室内物理模拟实验,在转向剂浓度一定的条件下考虑携带液与地层压差、渗流量、时间等因素,采用电测法对人工岩芯表面应变进行了测试;利用非线性有限元方法对裂缝尖端应力进行计算,研究了转向剂形成人工应力遮挡的作用效果。结果表明采用转向剂可以建立3~4MPa的人工应力遮档,对采用转向剂的压裂设计和施工参数提出了建议。     

高速通道压裂裂缝的高导流能力分析及其影响因素研究

高速通道压裂是近年在非常规致密油气资源开采中出现的新工艺, 已在世界范围内推广实施, 并取得了良好的增产效果. 该技术可使支撑剂在人工压裂缝中形成簇团式分布, 从而形成油气高速流动通道, 提高裂缝的导流能力. 但目前对于高速通道压裂裂缝高导流能力的形成机理及其影响因素尚不清楚. 对此, 本文从流体力学理论出发, 首先将高速通道压裂裂缝内形成的支撑剂簇团视为渗流区域, 簇团间的大通道视为自由流动区域; 然后基于Darcy-Brinkman方程建立了裂缝内的流动数学模型, 采用均匀化理论对该流动数学模型进行了尺度升级, 推导得到了高速通道压裂裂缝的渗透率, 揭示了其高导流能力的形成机理; 并以此为基础, 分析了不同支撑剂簇团形状、大小以及分布方式等因素对其导流能力的影响, 可为高速通道压裂工艺参数设计与优化提供基础.     

层内爆炸压裂岩石破碎颗粒尺寸的预测模型

借鉴爆破工程经验,结合层内爆炸压裂实际,应用能量守恒原理,将液体炸药爆炸形成的冲击波能 量分为岩石破碎的表面能和岩石内部的应变能,结合岩石断裂理论建立了粉碎区内岩石破碎粒径的预测模 型。实例计算层内爆炸压裂形成的岩石颗粒直径为1.43mm。计算结果表明:液体炸药层内爆炸后形成的 岩石破碎颗粒与石油工业中水力压裂使用的支撑剂粒径相当,能够支撑形成具有一定导流能力的裂缝。     

RESEARCH OF STEPPING PRESSURE AND CONTROL OF NEAR FIELD ROOF OF TASHAN COAL MINE BASED ON NUMERICAL SIMULATION1)

煤层坚硬顶板采用水力压裂技术进行定向弱化可有效控制来压步距,降低事故风险。基于黏聚力模型,利用有限元二次开发建立了压裂前后煤层开采数值计算模型,模拟分析了顶板垮落规律及影响因素,优化裂缝间距设计。结果表明：来压跨距与顶板厚度、强度呈正相关性,与埋深呈负相关性。预制裂缝在拉应力集中区可促进起裂扩展,应全面勘测各岩层位地质参数,利用计算出的应力集中区位置设计裂缝间距,实现经济有效地控制来压步距。     

砂粒与复杂流体压裂液在裂缝中的流动特性研究

在矩形裂缝通道中,应用高速摄像技术,研究了复杂流体压裂液水平流动过程中砂粒的沉降速度,测试了复杂流体的流变学特性,分析了复杂流体的水平流动如何影响砂粒的沉降.研究结果表明,流性指数不等于1的复杂流体,其水平流速影响砂粒的沉降规律,砂粒在裂缝中水平流动过程的沉降速度不仅随复杂流体表观粘度的减小而增大,同时随复杂流体水平流速的增大而增大,是静止沉降速度的数倍至十数倍.     

Preparation and performance of novel temperature‐resistant thickening agent

In this article, a novel kind of temperature‐resistant thickening agent (LK) was copolymerized with acrylamide, acrylic acid, sodium p‐styrenesulfonate, and dimethyl diallyl ammonium chloride via free radical copolymerization. The polymerization conditions were optimized by the single‐variable method. Subsequently, the structure of the copolymer was characterized through Fourier transform infrared spectroscopy and proton nuclear magnetic resonance. Thermal gravimetric analysis demonstrates that the thickening agent LK has an excellent ability of temperature‐resistance and the degradation temperature of the copolymer is higher than 300°C. The 3‐dimensional network structure formed in the fracturing fluid was observed via experimental results of scanning electron microscopy. Several aspects of the properties of fracturing gel system, such as temperature and shear tolerance, salt resistance and viscoelasticity, and gel breaking and filter loss were evaluated. Results indicates that the fracturing gel system presents good comprehensive performances under high‐temperature condition.