双向脉冲法渗流模拟试验及其影响因素分析

瞬态法广泛用于致密岩体渗透率测量。传统瞬态法由于忽视储层压缩性及气体吸附性对渗透率的影响,在测量页岩、煤等有机质岩体渗透率时会产生较大误差。本文通过TOUGH+REALGASBRINE模拟了瞬态法试验,研究了孔隙率、容器体积及吸附参数对渗流影响。研究结果表明,孔隙率较小或容器体积较大时,储层压缩性对传统脉冲法渗流影响可忽略;气体吸附性对传统脉冲法渗流影响较大,采用吸附性气体对页岩和煤等岩体进行渗透率测量时应考虑吸附影响。双向脉冲法能有效消除储层压缩性及吸附性对岩体的渗透率测量影响,且压力梯度能较早的达到常数,比传统脉冲法更为适用。     

利用压力脉冲试验测定某地花岗岩体的渗透系数

利用压力脉冲试验进行渗透系数测量,采用跨接式封隔器系统将试验段与钻孔分隔,通过高压泵向试验段注水,使试验段压力迅速增加,然后关泵,并记录压力随时间的衰减曲线。通过将记录曲线与标准曲线进行拟合的方法确定测段岩体的渗透系数。给出了在一个钻孔中利用该试验方法获得的3个测段的渗透系数测试结果。并与同一钻孔中的常规压水试验结果以及其他地区渗透系数测试数据的统计分析资料进行了对比。作为岩体渗透系数测试的一种试验方法,压力脉冲试验方法具有方便、省时的优点,尤其适用于低渗透系数岩体的测试。     

预钻式原位岩体剪切测量系统研制与试验分析

预钻式岩体剪切测量系统可以测量矿山原位岩体的内摩擦角和黏聚力,与传统室内试验和现场测试相比,该测试方法可以最大限度保持岩体本质状态,方便快捷获取测试数据。首先阐述了系统整体设计思路,并成功研制出预钻式原位岩体剪切仪设备,搭建了数据采集存储软件平台;其次,基于剪切仪的工作原理,通过配套完整的测量系统试验装置,制定了试验数据处理方法和试验步骤;最后为验证系统方法的工程适用性,对测量系统进行了标定试验,并在混凝土平台进行了岩体侵入试验与剪切试验。剪切试验结果与室内直剪试验相比,内摩擦角小24.77%~41.33%,黏聚力小13.11%~32.84%。针对试验结果的差异性,从仪器设备和试验方式进行了分析,指出试验误差主要来源于设备剪切加载方式的变化和岩体直剪试验方法的不同。研究结果为矿山原位岩体力学参数的准确测量提供了新的思路和方法,也为后续系统的改进设计提供借鉴参考。      

基于原位渗透率试验反演岩石孔隙度的新方法

为了获取岩石的原位孔隙度,在原位稳态渗透率试验的基础上,建立了以孔隙度和渗透率为主要参数的瞬态气体渗流模型,构造了基于遗传算法的孔隙度反演模型,分别采用原位渗透率试验中获取的岩石渗透率和瞬态压降数据作为已知量和观测数据,形成了基于原位渗透率试验反演岩石孔隙度的新方法。针对某场地的原位渗透率试验数据,分析了孔隙度对压降曲线的影响及孔隙度反演的可行性,编制了并行孔隙度反演程序,在大型计算机上对两个钻孔的孔隙度进行了反演并证明了反演结果的惟一性,最后通过数值模拟和实验室测量验证了反演结果的正确性。作为一种原位试验方法,对岩石及其孔隙结构破坏较小,其孔隙度反演结果比实验室测量法具有更好的区域代表性,反演结果可应用于气体泄漏行为模拟中。     

致密储层渗透率测试的稳态与非稳态法对比研究

渗透率是油气藏储层评价、产能计算及制定合理的开发方案所需关键参数之一。针对常规稳态法测试致密储层岩石渗透率效率低下、试验过程易受环境温度影响等缺点,使用脉冲衰减渗透率测试仪对39块致密岩石稳态法克氏渗透率与非稳态脉冲衰减渗透率进行系统的对比研究,分析岩样渗透率、试验操作方法及有效应力组合方式等因素对测试结果的影响。研究结果表明,相同净围压条件下致密岩石脉冲渗透率小于克氏渗透率,脉冲渗透率平均约为克氏渗透率的47.26%,岩样渗透率越小,则两种渗透率之间的差别越大。误差分析表明,脉冲渗透率试验初期岩样短时间承受的9 MPa高围压和其高围压、高孔隙压力组合的有效应力施加方式对脉冲渗透率测试结果具有一定程度的影响,但仍无法完全解释两种渗透率的总体误差。数学拟合表明,取自同一区块的露头砂岩岩样脉冲与克氏渗透率相对误差与脉冲渗透率具有较好地对数函数关系,由数学推导获得该露头砂岩储层岩石脉冲渗透率与克氏渗透率的转换关系。     

深部泥岩渗透率测试方法及数据适用性分析

针对深部地层同一种泥岩,先后采用常规渗透测试、变围压渗透测试和三轴压缩下瞬态法3种方法开展渗透率的测试研究。试验发现,3种方法下泥岩的渗透率差别极大,其中常规渗透测试所得的渗透率高出后两种方法3~5个数量级;变围压法在围压大于5 MPa后与三轴压缩下的瞬态法所测得的渗透率值较为接近;瞬态法下泥岩渗透率随偏应力增加而缓慢 降低,偏应力高达30 MPa时仍未出现扩容现象。测试显示泥岩的渗透率具有强烈的压力敏感性,其内在原因是较高围压下裂隙闭合、孔隙压紧、孔喉连通性减小,进而导致渗透率下降,而制样、烘干处理等对渗透率也有一定影响。基于试验结果与泥岩所处实际地层应力状态,提出可采用变围压法开展油气储集层的盖层的渗透率及其演化规律研究,而三轴压缩下瞬态法则更适用于能源储库盖层及核废料处置室围岩的渗透规律研究;常规渗透方法所得数据的应用则须商榷。研究结论对研究深部泥岩的渗透特性和密封性能有一定参考价值。     

黄土原位钻孔剪切试验研究

准确获得黄土原位土体抗剪强度参数对黄土工程至关重要。将钻孔剪切试验应用于西安某黄土滑坡原位土体抗剪强度参数测试,提出了黄土场地中适宜的成孔方法,在原Iowa钻孔剪切仪基础上加装微型位移测量系统和剪切力测量系统,精确测量法向位移与剪切应力,并将钻孔剪切试验结果与室内直剪试验结果进行了对比。结果表明,改进后的设备测试更加可视化、可控化;试验阶段法向压力–位移分布近似在一条直线上,土体处于似弹性变形阶段;首级法向压力固结时间为10 min,后续每级压力固结时间为5 min,满足试验要求并能保证试验成功率;与室内直剪试验相比,钻孔剪切试验测得的内摩擦角平均大40.8%,黏聚力平均小12.7%。钻孔剪切试验数据之间相关性较好,测试效果良好,可为今后黄土原位土体抗剪强度参数测试提供借鉴与指导。     

裂隙岩体中的渗流与岩体变形

本文介绍裂隙岩体的渗流规律。我们通过试验认为应用纳维-斯托克斯(Narier-Stokes)方程描述岩体的渗流规律是可行的。岩体中的渗透动水压力对岩体的变形有重要的影响,渗透动水压力导至裂隙的张开、岩体变形,并影响岩体的稳定性。裂隙的张开引起渗流量的增加。我们应用原位(现场)试验的方法测量岩体的变形和渗流量,并研究渗透水压力与岩体变形的关系。试验成果用布希内斯克(Boussinesq)公式检查,表明其与计算结果比较接近。     

利用周期振荡法测试超低渗储层的渗透率

渗透率是储层最重要的物性参数,也是油气开发的基础。随着页岩气、致密砂岩油气等非常规油气的开发,迫切需要开展超低渗透率（<0.1×10-3 μm2）测试,对测试方法和仪器都提出了挑战,是非常规油气开发研究的难点。目前我国石油工业中主要采用稳态法和脉冲衰减法进行超低渗透率测试,在测试精度、稳定性和测试周期方面还存在不足,探索高精度超低渗透率的方法十分重要。分析了室内渗透率测量的稳态法、脉冲衰减法和周期振荡法3种方法原理,在三轴应力下进行了岩石超低渗透率对比测量。结果表明,相比稳态法和脉冲衰减法,周期振荡法具有稳定性好、精度高、用时短的优点,建议引入非常规超低渗透储层渗透率测试。对周期振荡法的设备要求和数据处理方法进行了讨论,提出采用快速富里叶变换（FFT）、互谱法等信号处理方法提高数据信噪比,提高超低渗透率的测试精度和稳定性。     

岩溶裂隙介质的壳状渗透结构与矿山排水

壳状渗透结构是裂隙岩体的渗透特征,主要表现是岩体的渗透率按负指数函数随深度衰减。在矿山开采深度范围内,渗透率可以减小几个数量级。本文根据壳状渗透结构下的矿坑涌水规律和地下水压力分布特征,探讨矿区城市地下水环境保护问题     

黔西地区煤层埋深与地应力对其渗透性控制机制

基于黔西六盘水煤田和织纳煤田16口井36层次的试井资料, 采用地质统计分析等方法, 探讨了黔西地区煤储层渗透性的展布规律与地应力特征, 论证了煤层埋深与地应力对其渗透性的控制机制.研究表明, 研究区煤储层以特低渗-低渗透率储层(＜0.1×10-9m2)为主, 中渗透率储层(0.1×10-9~1.0×10-9m2)也占有相当大比例; 应力场类型在浅部表现为大地动力场型, 一定深度可能转化为准静水压力状态.煤储层渗透率及其埋深的负幂指数关系较为离散, 但在不同深度渗透率转折点与地应力场类型转变一致; 单井煤储层试井渗透率差异较大, 随地应力增大和埋深增加而降低, 平面展布受地应力强度控制由SW-NE具"低-高-低"发育规律.埋深对渗透率的控制实质是地应力的控制, 区域构造位置及其所处高应力场作用下的煤体形变与破碎致使孔裂隙压缩或闭合是该区渗透性差异的主要控制机制.      

基于原位渗气试验的黄土潜蚀地层渗气率研究

利用改进的渗气仪器对不同地区原位马兰黄土地层及原状马兰黄土试样的渗气率进行了测量。通过新研制的原位渗气率试验装置和已有成熟经验的室内原状黄土试样渗气率试验装置的渗气率测定结果进行对比,对原位渗气率试验结果的可靠性进行了验证;结合两种渗气率试验方法所得的结果综合分析了颗粒粒径、孔隙比、含水率等因素对马兰黄土渗气率的影响规律及其机理;通过原位渗气率试验分析了湿陷裂缝（隙）和潜蚀洞穴对黄土地层渗气率的影响规律及其机理。结果表明:原状黄土试样室内渗气试验与黄土地层原位渗气试验获得的结果基本一致,黄土地层原位渗气率试验结果是可靠的。原位试验因能够最大程度上避免试样取样、运输及室内制样等过程的扰动影响而结果更为精确,且能较好地反映黄土地层的真实情况,室内渗气率试验只适合均匀、无明显节理裂缝（隙）的黄土试样。两种渗气率试验结果均表明:马兰黄土粗颗粒愈多级配愈差渗气率愈大,反之渗气率则愈小;同一地点随深度增加、孔隙比减小、含水率增大,渗气率呈现减小的趋势。潜蚀黄土场地湿陷裂缝（隙）和潜蚀洞穴附近黄土地层因受裂缝（隙）和洞穴扰动,渗气率明显偏大,而远离湿陷裂缝（隙）和潜蚀洞穴的黄土地层渗气率基本接近于非洞穴裂缝（隙）分布区黄土渗气率平均值。原位渗气率测量结果精确,测量过程快速便捷,该方法在评价黄土地层渗透性乃至评价黄土地层结构缺陷（如隐伏节理裂隙、潜蚀洞穴的发育程度）等方面具有广阔的应用前景。     

深部岩体地应力瞬态卸载诱发振动效应的影响因素

针对深埋隧洞爆破开挖振动控制,以瀑布沟水电站2#引水隧洞爆破开挖为工程背景,讨论了地应力瞬态卸荷诱发振动特征及影响因素,并结合实测数据采用数值模拟的方法进行了验证分析。研究发现：中、高地应力条件下开挖面初始应力的瞬间释放诱发的振动是爆破开挖诱发振动的重要组成部分;当波阻抗一定时,开挖面初始应力动态卸荷诱发振动由地应力水平、开挖面初始应力、开挖面面积和振动衰减指数共同决定,动态卸荷诱发振动最强段发生在开挖面的初始应力和开挖面面积综合效应最大的位置;深埋隧洞爆破开挖振动的强度是由爆炸荷载和开挖面初始应力动态卸荷效应共同决定的,减小炮孔排距和进尺、采用较小洞径和分部开挖能有效降低地应力瞬态卸荷效应强度,控制深埋隧洞的爆破振动强度。     

新疆库拜煤田铁列克矿区地应力分布及其对煤层气开发的影响

地应力、煤储层渗透率和煤储层压力等是影响煤层气开发的重要因素。通过分析新疆库拜煤田铁列克矿区注入/压降试井及原地应力测试数据,结合铁列克矿区煤层气井日产气量分析,研究了新疆库拜煤田铁列克矿区地应力变化规律及其对煤层气开发的影响,分析了铁西矿区和铁东矿区煤储层地应力特征及其对煤储层物性的影响。结果表明:(1)地应力状态在垂向上发生变化,埋深处于550~650 m、650~850 m和850~1 200 m时,地应力状态类型依次为σ_H>σ_v>σ_h、σ_H≈σ_v>σ_h和σ_v>σ_H>σ_h;(2)埋深850 m处既是垂直主应力和最大水平主应力的转换点也是渗透率趋势变化点,指示了地应力对渗透率的控制作用;(3)渗透率和煤储层压力与地应力分别呈负相关和正相关关系;(4)地应力对产能的负效应大于地应力对产能的正效应,使典型日产气量随着地应力的增大而减小;(5)铁西矿区和铁东矿区中部煤储层碎粒煤较发育、吸附孔体积和含气量均较大,是煤层气开发的有利区带。研究成果可为库拜煤田下一步煤层气开发提供理论指导。     

低渗透砂岩型铀矿床增渗方法及其可行性研究

为满足国内核电快速发展对铀资源的大量需求,解决制约低渗透砂岩型铀矿床原地浸出顺利生产的瓶颈,借鉴在油气田增产、煤气开采及瓦斯治理等方面提高岩体渗透性方法的成功经验,分析这些方法在原地浸出开采中应用的不足,提出了适用于低渗透砂岩型铀矿床原地浸出生产的无临空面深层岩体爆破增渗方法,以提高低渗透赋矿岩层的渗透性。通过初步爆破增渗模型试验,验证了无临空面深层岩体爆破增渗方法的可行性。     

Field technique of permeability tests in highly fissured limestone strata

A design of a dewatering system is necessary for site improvement prior to the construction of some structures. The design of an efficient dewatering system requires estimating the value of the in-situ coefficient of permeability. The available relationships for estimating the permeability coefficient were developed based on limited field measurements and conditions, and their predictions vary by several orders of magnitudes. Therefore, it was necessary to conduct field measurements of permeability and determine the relationship that best fits these measurements prior to the design of a dewatering system for specific geological and site conditions. This paper presents field measurements of permeability in complex chaotic and diagenetic limestone strata. It also offers comparative analysis of several relationships available in the literature for predicting the in-situ coefficient of permeability. The analysis is conducted for both steady and nonsteady conditions. The results show that the coefficient of permeability value is dependent on the water table level, which is affected by the tidal condition. The US Navy equation is shown to give the best correlation with field measurements. Electronic Publication     

土石混合体渗透性现场试坑试验研究

针对唐钢司家营铁矿Ⅲ采场露天转井下开采回填废石设计研究工程要求,在该矿区Ⅲ采场附近进行了大尺度现场渗透试验。开挖3个大尺寸试坑,在各试坑中分层回填不同粒径范围及厚度的废石（土）进行试坑注水试验;测定回填土石混合体的近似渗透系数,测试土石混合体的粒径组成,并计算出各坑土石混合体的平均粒径和非均匀度。试验研究发现,回填土石混合体的渗透系数分别随平均粒径与非均匀度的增大而增大。降低回填废石（土）的平均粒径和非均匀度可以有效降低回填废石层的渗透性。