双重介质渗流水力特性试验装置研究及应用

研制的双重介质渗流水力特性试验系统,由双重介质试验模块、水循环控制模块和数据采集模块三部分组成,较好地解决了孔隙介质和裂隙介质的模拟、边界条件的模拟、止水工艺的完善和水交换信息采集等关键问题,并具有裂隙宽度可调节,精度高,自动化程度高,试验数据实时全自动采集等特点。该系统可用以研究基于双重介质模型的水量交换以及渗流场的水压分布规律以及双重介质的水力性态和渗流机制。利用该试验系统进行双重法介质渗流水力特性试验,通过趋势图直观分析、极差和方差分析和F-检验等分析手段,得出孔隙-裂隙双重介质水交换影响因子对双重介质水交换的影响能力,从大到小依次为：裂隙宽度、孔隙介质渗透系数、压力梯度、水温。     

低渗透岩体饱和渗流研究进展

低渗透介质中的水流会影响水文地质系统和地球化学系统的演化,影响石油和矿藏的形成。低渗透介质在废弃物的处置和填埋、工程安全以及环境变化方面都是非常重要的。长期以来,人们在分析中一直以达西定律为基础,却没有在符合实际的低压力梯度下对其进行验证。由于低渗透介质中的水文地质条件的复杂性以及在测量水头和孔隙流体取样上的难度,分析比较困难。通过对低渗透介质饱和渗流研究的回顾,就非达西流、多因素作用下的耦合渗流以及渗透和超滤现象进行了讨论,对影响和阻碍低渗透渗流研究的因素进行探讨,并就开展进一步研究提出了相应的建议。     

致密岩石介质中气体滑脱效应的研究进展

致密岩石介质中的气体渗流有别于液体渗流,其中滑脱效应是影响致密岩石介质中气体渗流规律的一个重要因素。通过分析国内外学者在气体滑脱效应方面的研究进展,总结了滑脱效应的产生机理和产生条件,认为气体分子在孔壁附近的运动状态是产生滑脱效应的根本原因。同时围绕孔隙气体压力、围压、含水饱和度、气体性质等因素对气体滑脱效应的影响及实质进行综合分析。分析结果对研究低渗透多孔介质中气体渗流规律和测定低渗气田开发中气体渗透率参数等方面具有较大的参考意义。      

黄土非饱和渗流试验研究

黄土介质特有的垂直节理和大孔隙发育性质，使黄土和非饱和渗流过程具有与均匀土壤的非饱和水分运动不同的特征。通过黄土非饱和渗流试验研究，对黄土垂直节理，大孔隙的实地观察和用土壤水动力学理论分析，证明黄土介质中的垂直节理，大孔隙在不同不量下对水分入渗所起的作用，对干旱地区黄土，由于降水量小，土壤含水量少，垂直节理，大孔隙在水分渗过程中实际起长低渗透性的作用，即阻水作用。     

极细颗粒黏土渗流离子效应的试验研究

采用常规固结仪对孔隙液离子浓度对极细颗粒黏土渗流固结特性的影响进行试验研究,在相同试验条件下进行了4组孔隙液含NaCl浓度不同的膨润土试样固结性质的测试,得到了各试样的固结曲线,求得相应的固结系数,再由固结系数求得相应的渗透系数。通过对各组试样的渗透系数对比分析,结果表明,孔隙液离子浓度对土体的渗流性质有重要影响,土体的渗透系数随孔隙液离子浓度的增加而增大,存在明显的离子效应。试验结果分析认为,黏土颗粒表面的扩散双电层厚度随离子浓度变化而变化,可能是产生离子效应的主要原因。试验结果有助于分析土体渗流离子效应的起因,对改进和完善现有渗流固结计算理论有一定指导意义。     

苏里格气田南区莲102井区盒8段储层微观孔隙结构及气-水渗流特征

苏里格气田南区莲102井区盒8段储层孔隙结构复杂,气-水渗流规律不清,因此,运用铸体薄片、图像孔隙、扫描电镜、高压压汞等测试方法对研究区储层孔隙结构进行分析,利用气-水相渗流及可视化渗流实验方法,研究了成藏过程中的气-水渗流特征.研究结果表明,研究区盒8段储层孔隙以岩屑溶孔为主,粒间孔次之,晶间孔及粒间溶孔发育较少,喉...     

起始水力梯度对饱和黏土一维固结的影响

采用考虑起始水力梯度的非Darcy渗流方程,修正了Terzaghi饱和黏土一维固结理论,给出了相应的有限差分格式,并据此探讨了起始水力梯度对渗流前锋、孔隙水压力和土层固结度的影响。计算结果表明,如果起始水力梯度大于0,离排水面较远土层的渗流就存在滞后现象,这样土层的固结要慢于Terzaghi固结理论。此时土层的最终平均固结度小于1,这可归结为土层中存在一定的残余孔隙水压力无法完全消散的缘故。     

考虑Hansbo渗流的二维Biot固结有限元分析

为进一步深入研究弹性饱和黏性土地基的二维固结机制,引入Hansbo渗流方程描述固结过程中的非达西渗流,修正Biot二维固结方程。基于加权残数法,给出相应的有限元数值求解格式。通过和饱和黏性土一维非达西渗流固结理论有限体积法数值结果的对比,证明数值计算方法的有效性。在此基础上,探讨Hansbo渗流参数对二维地基固结进程的影响。计算结果表明,在固结初期,Hansbo渗流将增强Mandel-Cryer效应,增大孔压的峰值,并延长孔隙水压力达到峰值的时间;在固结中后期,整个土层存在孔隙水压力滞后现象。同时,Hansbo渗流将阻碍地基沉降的发展。而且,上述影响会随着Hansbo渗流参数的增大而更加明显。     

温度对粘性土介质力学特性的影响

分析了温度效应对粘性土介质若干基本力学特性的影响。对粘性土的热固结问题、温度对粘性土介质渗透特性的影响、粘性土中的热传导规律及热阻抗特性、土-水体系在温度效应下的作用机理、温度作用下粘性土的本构规律等进行了深入研究。特别就温度诱致的孔隙水压力的变化机理及不同性质土类粘性土体积变化的可逆性问题进行了探讨。     

极细颗粒黏土渗流的微电场效应分析

采用渗流固结法试验结合颗粒表面电位分析,研究极细颗粒黏土的渗流的微电场效应,在相同试验条件下完成了5种含不同百分比的人工高岭土与人工膨润土的试样的渗流特性测试。测试结果表明,微孔渗流的微电场效应对极细颗粒黏土的渗流特性有相当显著的影响,随着孔隙液离子浓度的升降或土颗粒表面电位的增减,试样的渗透系数会随之发生改变;在相同的孔隙液离子浓度下,随着膨润土相对含量的增加,试样的渗透系数随之降低。对科威特软土的渗流固结试验证实了人工土的微电场效应的产生机制与变化规律同样适用于天然软土。试验结果分析认为,在黏土-水-电解质系统的相互作用下,黏土矿物通过土颗粒表面的结合水影响试样的渗流特性,而土颗粒表面电荷的微电场作用是极细颗粒黏土渗流特性改变的内在原因之一。