致密砂岩逆向渗吸作用距离实验研究

中国致密油储量丰富, 但多数致密储层波及效率低, 衰竭开发效果较差. 逆向渗吸是致密油藏注水开发过程中的一种重要的提高采收率途径, 目前许多学者主要针对致密油藏渗吸采收率及其影响因素开展研究, 而对于渗吸作用距离(表征致密油藏渗吸作用范围)研究较少. 本文采用CT在线扫描装置建立了致密岩心逆向渗吸作用距离量化方法, 明确了逆向渗吸的作用范围, 进一步研究了流体压力、含水饱和度、岩心渗透率和表面活性剂对逆向渗吸作用距离的影响, 阐明了逆向渗吸作用距离与渗吸采收率的关系, 为提高致密油藏采收率提供指导. 研究结果表明, 渗透率为0.3 mD的致密岩心逆向渗吸作用距离尺度仅为1.25 ~ 1.625 cm; 5 MPa条件下渗透率为0.302 mD的岩心逆向渗吸作用距离为1.375 cm. 在本实验条件下, 流体压力和初始含水饱和度对致密岩心逆向渗吸作用距离的影响较小, 而渗透率和表面活性剂对致密岩心逆向渗吸作用距离的影响显著, 渗透率为0.784 mD的岩心逆向渗吸作用距离相较于渗透率为0.302 mD的岩心提高2.63倍. 逆向渗吸作用距离是渗吸采收率表征的重要参数, 决定了逆向渗吸作用的波及范围.      

基于核磁共振孔隙划分的致密油藏自发渗吸原油可动性研究

自发渗吸驱油是致密油藏提高采收率的有效手段,但不同的孔隙划分方法会导致原油可动性精细定量表征存在差异性.基于此,以鄂尔多斯盆地延长组致密油藏为研究对象,开展了四种典型致密岩心的自发渗吸驱油实验,利用基于核磁共振分形理论的流体分布孔隙精细划分方法,区分了致密砂岩岩心孔隙类型,明确了不同类型岩心孔隙结构对原油可动性和自发渗吸驱油速率的控制特征.研究结果表明不同类型岩心自发渗吸模拟油动用程度介于22.07%～33.26%,核磁共振T2谱双峰型岩心自发渗吸模拟油动用程度高于单峰型岩心;不同类型致密砂岩岩心中流体分布孔隙可初步划分出P1和P2两种类型, P1类型孔隙则可进一步划分出P1-1, P1-2和P1-3三种亚类型孔隙;致密砂岩岩心中P1和P2类孔隙中模拟油均有不同程度的动用, P1类孔隙作为致密岩心中主要孔隙,尤其是P1类孔隙中P1-2和P1-3类孔隙的数量决定了自发渗吸模拟油动用程度;P1-1, P1-2和P1-3类孔隙结构差异性对自发渗吸模拟油动用程度起决定性作用,较小尺寸孔径孔隙较大的孔隙结构差异性不仅提升了自发渗吸模拟油动用程度,而且提升了自发渗吸驱油速率;流体可动性指数较高的P...     

雁形裂纹扩展的模型试验及断裂力学机制研究

通过相似材料模拟试验的方法研究了双轴压缩载荷作用下闭合雁形裂纹的起裂、扩展和岩桥的贯穿机理，得到了双轴压缩载荷作用下，不同方位雁形裂纹的开裂角、起裂载荷、岩桥贯通载荷及临界失稳载荷等重要的断裂力学参数，提出岩桥的破坏模式有剪切破坏、拉剪复合破坏和翼裂纹扩展三种     

含层理页岩气藏水力压裂裂纹扩展规律解析分析

页岩气蕴藏在页岩层中,页岩层的层理性构造使其水力压裂裂纹扩展与常规均质储层不同.为研究页岩储层水力压裂的裂纹扩展规律,基于复变函数保角变换,得出裂纹尖端应力集中解,考虑页岩非均质、强度各向异性特点,通过比较裂纹沿各方向扩展所需的裂缝尖端水压力,推导出水力压裂裂纹垂直于最小地应力方向稳定扩展过程中在斜交层理后的扩展判据.分别定义了水力压裂裂纹在层理处起裂和沿层理扩展的弱层和岩石基体临界强度比,根据两个临界强度比确定水力压裂裂纹遇层理时在层理处起裂和沿层理扩展的层理弱面强度范围,以此表示水力压裂裂纹转向层理扩展的难易程度.通过对裂纹扩展判据的分析得出:层理起裂弱层和岩石基体临界强度比随层理走向线与第一主应力夹角和层理倾角的减小以及第三主应力和岩石基体强度的增大而增大;层理走向角小于35.26°时,层理起裂弱层和岩石基体临界强度比随第一主应力的减小以及第二主应力的增大而增大;反之,层理起裂弱层和岩石基体临界强度比随第一主应力的减小以及第二主应力的增大而减小;层理扩展弱层和岩石基体临界强度比随层理走向线与第一主应力夹角、层理倾角和地应力差的减小以及岩石基体抗拉强度的增大而增大.层理起裂条件与层理扩展条件同时满足时,水力压裂裂纹转向层理方向扩展.      

采用压缩单裂纹圆孔板确定岩石动态起裂、扩展和止裂韧度

爆炸、冲击、地震等人为或自然灾害不可避免,经常造成大量土木工程设施的破坏,因此岩石在动态载荷作用下的行为受到特别关注.岩石动态断裂韧度是评价岩石抵抗裂纹动态起裂、扩展和止裂性能的材料参数,开展岩石动态断裂韧度测试方法的研究对相关理论基础和实验技术的要求较高.岩石动态断裂韧度分为动态起裂、动态扩展、动态止裂三种,虽然关于动态起裂和动态扩展的研究已有一些成果,对岩石动态止裂的研究仍是一个难题,至今几乎无人问津.研究表明,在分离式霍普金森压杆撞击压缩单裂纹圆孔板岩石试样的I型动态断裂试验中,动态起裂、扩展、止裂的全过程可以由黏贴在压缩单裂纹圆孔板试样上的裂纹扩展计监测,岩石的动态起裂、扩展、止裂韧度可以用实验-数值-解析法确定.特别值得一提的是首次测出了岩石的动态止裂韧度.裂纹扩展计信号还显示,压缩单裂纹圆孔板在止裂后,停止的裂纹还会再次动态起裂、扩展并超出裂纹扩展计的检测范围.从能量的角度分析了动态止裂的过程,指出测试动态止裂韧度时要注意的一些问题.结果显示,岩石动态起裂韧度和动态扩展韧度分别随动态加载率和裂纹扩展速度的增大而增大,岩石动态起裂韧度略大于动态止裂韧度.      

三轴SHPB冲击作用下岩石破坏机理的研究

本文应用三轴SHPB高速冲击试验机对岩石试体进行三向应力状态（对试件施加围压2=3和冲击应力1）下的冲击试验,分析研究岩石的破坏机理。由试验结果对三轴状态下岩石的破坏类型进行分类,分析其内部受力状况;得出岩石动态破坏强度,画出动态三轴、动态单轴和静态单轴的破坏强度比较曲线。通过对破坏类型的分析,以最大剪应力条件建立岩石的破坏判据,建立三轴动态破坏强度、单轴动态破坏强度与围压的关系式。     

干燥和水饱和花岗岩的动态断裂特性

利用霍布金森压杆实验研究了干燥和水饱和花岗岩试件的动态应力应变关系。实验得到了干燥和水饱和花岗岩试件的平均动态拉断强度,表明水饱和花岗岩试件和干燥花岗岩试件的抗拉强度与加载速率具有不同的关系。对实验中实测试件层裂片的厚度进行了计算分析,对岩石类介质的动态断裂准则提出了初步见解。     

脆性断裂的微观机理和非平衡统计特性

Ⅰ.引言如何才能将断裂的微观机理与宏观特性结合起来,把断裂理论建立于微裂纹演化的微观动力学基础上,从而统一导出所有重要的宏观力学量并以某些更基本的物理量表示之?这是人们为实现材料的强度和韧性设计必需解决的一个重要理论课题。就脆性断裂来说,尽管现有几个主要代表性的理论如断裂力学理论、位错理论和统计理论都各取得一定成就,但就其理论框架来说,由于明显的局限性,却难以发展成可供指导设计的理论。因此,人们在探索微观与宏观相结合的断裂理论。最近的工作表明:从微裂纹演      

储层含水条件下致密砂岩/页岩无机质纳米孔隙气相渗透率模型

页岩及致密砂岩储层富含纳米级孔隙,且储层条件下页岩孔隙(尤其无机质孔隙)及致密砂岩孔隙普遍含水,因此含水条件下纳米孔隙气体的流动能力的评价对这两类气藏的产能分析及生产预测具有重要意义.本文首先基于纳米孔隙内液态水及汽态水热力学平衡理论,量化了储层孔隙含水饱和度分布特征;进一步在纳米孔隙单相气体传质理论的基础上,考虑了孔隙含水饱和度对气体流动的影响;最终建立了含水饱和度与气相渗透率的关系曲线. 基于本文岩心孔隙分布特征,计算结果表明:储层含水饱和度对气体流动能力的影响不容忽视,在储层含水饱和度20%的情况下,气相流动能力与干燥情况相比将降低约10%;在含水饱和度40% 的情况下,气相流动能力将降低约20%.      

动态焦散线实验方法及其在断裂力学中的初步应用

本文给出了静、动态的焦散线方程,和确定裂纹尖端位置、动应力强度因子K_1~d的计算公式,并证明了在裂纹扩张速度较低时,可用静态公式计算,还研究了带预裂纹的三点弯曲梁和圆环在冲击载荷下的断裂问题,得到了系列动态焦散线照片、裂尖位置和动应力强度因子随时间的变化曲线。     

动态裂纹扩展中的分形效应

假设裂纹顶端沿着分形轨迹运动，建立了裂纹扩展的分形弯折（ｋｉｎｋｉｎｇ）模型来描述裂纹的动态扩展。根据这个模型，我们推导了分形裂纹扩展对劝态应力强度和裂纹速度的影响．动态应力强度因子与表观应力强度因子之比Ｋ（ｌ（ｔ），Ｖ）／Ｋ（Ｌ（ｔ），Ｏ）是表观裂纹速度Ｖ＿Ｏ，材料微结构参数（ｄ／Δａ），分维Ｄ和裂纹扩展路径的弯折角θ的函数。本文研究结果表明：在分形裂纹扩展中，表观（或量测）的裂纹速度Ｖ＿Ｏ很难接近Ｒａｙｌｅｉｇｈ波速Ｃ＿ｒ．动态断裂实验中Ｖ＿Ｏ明显低于Ｃ＿ｒ的原因可能是分形裂纹扩展效应所致。材料的微结构，裂纹扩展路径的分维和弯折角均很强地影响动态应力强度因子和裂纹扩展速度。     

延性材料动态断裂的实验研究和数值分析

本文对延性材料纯铜和ＬＹ１２铝合金进行了层裂实验，对软回收试件进行了仔细的定量和显微金相观测，观察到了两种材料中不同微损伤的形核、增长和聚合机制，为理论分析提供了真实的实验结果。将文〔４〕提出的延性动态损伤模型编入了一维Ｌａｇｒａｎｇｅ有限差分动力学程序，对两组层裂实验进行了数值模拟，计算结果与实验吻合较好。