岩石I型裂纹定向扩展规律试验研究

为精准获得岩石I型裂纹扩展演化全过程,采用一种简易裂纹定向扩展装置开展了不同岩性试样裂纹扩展试验研究,借助声发射及数字散斑技术对裂纹扩展全过程进行了监测,建立了裂纹定向扩展力学模型,分析了裂纹扩展过程中声发射及变形场的演化规律,提出了评价岩石I型裂纹扩展难易程度的能量指标CE,探讨了I型裂纹定向起裂扩展机制。结果表明：该简易裂纹定向扩展装置能够有效实现I型裂纹沿预定方向稳定扩展,其起裂角均小于10º,同时通过简化力学模型计算得到白砂岩、灰砂岩的裂纹扩展峰值强度与巴西劈裂抗拉强度相比偏差分别为22.76%、7.53%;根据变形场演化规律,可将裂纹扩展分为微裂隙发育（散斑变形场分区不明显）、主控裂纹孕育（散斑变形场出现分区现象）和主控裂纹扩展3个阶段;声发射演化过程可分为平静期、缓增期、急增期和降低期4个阶段,由于灰砂岩相较于白砂岩质地更致密、更坚硬,导致其声发射平静期长,而后3个阶段持续时间短;将载荷−位移曲线峰前与峰后的面积之比定义为评价岩石I型裂纹扩展难易程度的能量指标CE,计算得到灰砂岩、白砂岩的CE分别为13～16、1～2,表明CE可有效评价岩石I型裂纹扩展难易程度;岩石I型裂纹起裂扩展机制可概况为：在加载峰值前裂隙尖端受最大拉应力作用,存储的弹性能快速增加、耗散能缓慢增加,但在加载峰值后裂隙尖端存储弹性能超过其储能极限迅速释放,此时输入能大部分转化为耗散能促进主控裂纹快速扩展。后续将对裂纹定向扩展试验装置进一步优化改进,以期为裂纹扩展机制、岩石破坏前兆信息、裂纹止裂原理等研究提供一种新方法,同时为工程现场煤岩层定向爆破、压裂、止裂等相关技术优化提供理论指导。     

岩土力学参数空间变异性的集合卡尔曼滤波佶值

岩土参数具有结构性和随机性的空间变异特征，该特征导致岩土参数具有不确定性。以地质统计学作为岩土参数空间变异性分析的理论基础，将分布于研究区的岩土参数视为区域化变量，变异函数既描述了岩土参数整体的空间结构性变化，又描述了其局部的随机性变化，用变异函数理论模型作为描述岩土参数空间变异规律的数学模型。引入集合卡尔曼滤波（EnKF）分析方法，利用时空分布的观测数据，对岩土参数空间变异性进行估值。数值算例表明，EnKF能够有效地融合观测数据，较好地提供岩土参数空间变异性的估值。     

缝洞型油藏井钻遇大尺度部分充填溶洞数学模型

缝洞型油藏不同介质间流体窜流的研究对于大尺度溶洞中原油是否能够得到有效开发具有重大意义.基于缝洞型油藏大尺度溶洞充填特征,建立了井钻遇大尺度部分充填溶洞数学模型,采用Laplace变换和Stehfest数值反演,分别得到了基岩-溶洞未充填区域窜流量、溶洞充填区域-溶洞未充填区域窜流量和大尺度溶洞无因次流量,并分析了不同参数对窜流特征曲线的影响.研究结果表明:流体窜流过程可划分为4个流动阶段,流动前期和中前期主要为基质中流体向溶洞未充填部分窜流;流动中后期和后期主要为溶洞充填物流体向溶洞未充填部分窜流.在流动前期,基质和未充填溶洞间流体交换对部分充填溶洞流量贡献较大;而流动后期,溶洞充填物和未充填溶洞间流体交换对部分充填溶洞流量贡献较大.重力会导致溶洞充填物-溶洞未充填部分窜流量减小,而基质-溶洞未充填部分窜流不受到重力影响.溶洞充填程度、溶洞未充填部分和基质系统能量等因素对窜流特征曲线具有重大的影响.研究方法和结果对合理分析缝洞型油藏大尺度溶洞流动特征具有一定的指导意义.      

全球油气开采诱发地震的研究现状与对策

人工诱发地震现象已经有很久的历史.水库蓄水、采矿、地热开发、从地下提取液体或气体,或将液体注入地球内部都可能诱发地震.大量地震监测数据与科学分析结果显示:美国俄克拉何马州的地震剧增主要与页岩油气开采的废水回注量相关;加拿大阿尔伯塔省的地震剧增主要与页岩油气开采水力压裂的工作量相关;而荷兰罗宁根天然气田的传统天然气开采也同样诱发了较强的地震活动.在中国四川盆地的页岩油气开发区域,地震活动近几年也大幅度增强,但目前监测与科研工作较少,对某些地震成因尚有争议.目前研究诱发地震问题已成为学术界与工业界的一门专业学科.推断诱发地震,除了分析时空分布与工业活动的相关性之外,本文综述了该领域基于地震学、地质动力学、构造地质学的多种分析方法.如何在油气开采过程中减少诱发地震的灾害影响成为当前相关各界极为关注的科研问题,本文介绍了多个国家或地区建立的控制诱发地震的管理系统、基于地震大数据的诱发地震概率预测方法,以及基于地球物理与地质信息的综合诱发地震风险评估方法,并对我国控制诱发地震问题提出建设性意见.     

岩土力学参数空间变异性的集合卡尔曼滤波估值

岩土参数具有结构性和随机性的空间变异特征,该特征导致岩土参数具有不确定性。以地质统计学作为岩土参数空间变异性分析的理论基础,将分布于研究区的岩土参数视为区域化变量,变异函数既描述了岩土参数整体的空间结构性变化,又描述了其局部的随机性变化,用变异函数理论模型作为描述岩土参数空间变异规律的数学模型。引入集合卡尔曼滤波（EnKF）分析方法,利用时空分布的观测数据,对岩土参数空间变异性进行估值。数值算例表明,EnKF能够有效地融合观测数据,较好地提供岩土参数空间变异性的估值。