马厂油田沙三下亚段储层非均质性研究

笔者对马厂油田沙三下亚段储层的层内、层间及平面非均质性进行了 研究，分析了其控制因素，提出了非均质综合评价方法，并进行了非均质 评价。认为储层的非均质性受其沉积环境、成岩后生作用和构造运动控 制。层内非均质性严重，层间非均质性及平面非均质性较严重；砂组非均 质性较强，小层的相对较弱。评价结果表明，本区中等非均质储层分布普 遍。     

利用地震波场参数探讨岩性非均质的分布

本文利用 Ｓ Ｔ Ｍ 地区二维地震资料中提取中油组的主振幅参数与岩性参数进行相关拟合,并依据岩性分析资料和调谐厚度将其划分为三个区带：低振幅带、正常振幅带和异常高振幅带。综合分析油气测试结果、岩性统计资料后认为,其中的异常高振幅带是结构疏松、孔隙发育、连通性好的均质储层分布区,并从合成记录和理论模型正演结果对上述结论进行了证实。结合沉积相分析成果,将该地区的岩性非均质划分为三种类型,后期在优质储层均质区块中钻探获得了高产工业油气流,从而证实了从地震角度划分岩性非均质分布,不仅是可行的,而且是准确的。该方法不仅拓宽了地震资料的应用范围,也为寻找有利油气富集区提供了一种行之有效的方法。     

渗透性参数非均质特征的研究进展

尺度效应、非一致性、随机性和结构性是渗透性参数的四大特征，通过分析比较独立离散参数法、连续相关参数法、离散相关参数法、条件模拟，认为地质统计学的理论与方法是非均质问题研究的理想工具，并提出了今后研究的趋势。     

非均质土壤中二维非饱和土壤水分运动的随机分析

以一水平向具有空间变异而垂直向为均质的二维非饱和流动区域中的均匀入渗问题为例,应用Monte Carlo随机模拟方法分析了土壤水分变量的随机统计特性及其一、二阶矩的时空分布规律。在随机分析过程中,将所研究的流动区域土壤水力特性的空间变异性以随空间位置变化的标定参数δ(x)表示,并将标定参数δ(x)视为一维随机空间函数的实现,应用随机生成模型来生成参数δ(x)的随机样本。通过随机模拟分析得到:垂直方向上负压水头方差与平均负压水头近似呈一线性关系;随入渗时间的延长,不同深度处表征负压水头空间变异结构的自相关函数趋于一稳定结构。     

淮北矿区下组煤隔水底板岩体力学参数统计分析

正确确定煤层底板岩体力学参数的概率分布是承压水上采煤底板阻隔水能力随机不确定性分析的前提。基于淮北矿区下组煤隔水底板岩体(以砂岩、粉砂岩和泥岩为代表)力学参数测试结果, 分别运用正态、对数正态和威布尔分布函数对其进行概率分布拟合, 并以k-s检验法检测其拟合优度。在此基础上, 依据3种岩性在隔水底板中的厚度权重, 推导出底板岩体力学参数的总体均值和方差。研究结果表明:隔水底板岩体强度和变形参数最优符合正态分布, 其次为对数正态和威布尔分布。底板总体泊松比和弹性模量均值分别为0.35和 36.46GPa, 方差分别为0.01和1.15, 总体抗压强度均值和方差为37.82MPa和583.41, 抗拉强度均值和方差为2.62MPa和2.23, 黏聚力均值和方差为2.13MPa和0.96, 摩擦角均值和方差为32.93和1.96。     

非均质土壤饱和稳定流中盐分运移的传递函数模拟

对室内人工构造的两种非均质土柱,以传递函数模型作为模拟手段,研究了稳定流场中饱和非均质土壤盐分优先运移的随机特征。首先计算了模型参数μ和σ2,获得了氯离子在非均质土壤中迁移时间的概率密度函数,然后应用传递函数模型对土柱中氯离子的出流浓度动态进行了随机模拟,并对非均质土壤中氯离子的均值和中值迁移时间及相应的运移体积与可动体积进行了分析和讨论,还依据质量守衡原理获得了土壤溶液中氯离子平均驻留浓度的变化。     

基于含水层非均质性随机特征的地下水脆弱性评价

由于地质条件的复杂性,人们所能获取的地质和水文地质资料是有限的,这就导致对水文地质条件的认识具有不确定性,其中以含水层非均质特征最为显著,这对地下水脆弱性评价显然会产生显著的影响。考虑含水层的非均质特性,提出具有非平稳随机场空间相关性的地下水脆弱性评价方法。以南京市江宁区中部地区为例,用改进的连续随机增加方法(Successive Random Additional method,简称SRA)生成了渗透系数对数(lnK),具有分维Levy运动统计特征的随机场,模拟含水层渗透系数可能的非均质空间分布,采用DRASTIC方法进行地下水脆弱性评价。结果表明由此方法生成的渗透系数场变化的程度相对传统的普通克里金方法更加剧烈,更加符合复杂分布的非平稳随机场特征,在此基础上建立的地下水脆弱性评价更加符合客观事实,丰富和发展利用随机理论解决地下水环境问题的理论和方法。     

考虑土体非均质传热的河岸带水热耦合模型

为弥补当前河岸带水热交换模拟对土体非均质传热考虑不足的缺陷,在饱和-非饱和渗流及多孔介质传热理论基础上,引入土体有效导热系数模型,构建考虑土体非均质传热的河岸带水热耦合模型。结合COMSOL软件的特点,给出河岸带水热耦合模型的实现方法及求解流程,并通过河岸带温度和水位原型观测资料验证和对比分析不同有效导热系数模型下河岸带水热耦合模型的模拟效果。结果表明：与传统不考虑土体非均质传热方法相比,该模型能够较好地反映河岸带水热交换过程。此外,基于Johansen有效导热系数模型的河岸带水热耦合模型模拟效果表现最佳,模拟结果与前人试验结果一致。研究成果可为河岸带水热交换及污染物迁移过程的深入研究提供技术支撑。     

非均质土柱中溶质迁移的连续时间随机游走模拟

非均质介质中溶质迁移往往出现非费克现象,传统的对流弥散方程(ADE)则难以较好地描述这种现象.采用连续时间的随机游走理论(CTRW)研究1250cm长一维非均质土柱中溶质运移问题,探讨CTRW模型中参数及非费克迁移的变化特征.研究结果表明,β值的大小与介质的非均质特征有关,非均质性越强,β值越小,但β值具有相对的稳定性,然而ADE的弥散系数则具有随尺度增大而增大的现象.对于介质非均质性较强和非费克现象较明显的溶质穿透曲线,尤其是在拖尾部分,与ADE相比,CTRW具有较高的模拟精度.     

非均匀煤岩渗流-应力弹塑性耦合数学模型及数值模拟

利用Weibull分布模拟煤岩弹性模量和强度的非均匀性,结合煤岩弹塑性变形理论和瓦斯渗流理论,建立了非均匀煤岩渗流-应力弹塑性耦合数学模型,给出了该数学模型的有限元离散方程,开发了相应的数值计算程序Coupling Analysis。利用建立的模型模拟了辽宁某瓦斯抽放试井瓦斯抽放过程,结果表明,在瓦斯抽放过程中,有效应力变化诱发煤岩局部进入塑性状态,塑性区透气系数增加了约4.9倍,而弹性受压区的透气系数最大减小至22 %,计算实例的瓦斯压、煤岩有效应力和煤岩变形都呈现非对称性,但服从理论规律,表明采用Weibull分布能很好地模拟煤岩力学参数的非均匀性。     

考虑体积应力效应的大理岩硬化软化力学模型

以锦屏二级水电站大理岩室内三轴压缩试验结果为基础,推导了考虑体积应力效应的塑性内变量公式,并研究了大理岩强度参数及剪胀特性随内变量的变化规律,结果表明,大理岩在峰前阶段凝聚力稍有降低,在峰后阶段迅速减小;内摩擦角随内变量增加而增大,并在内变量为0.8～0.9时达到最大值;不同围压下大理岩剪胀角均随内变量增大,且表现为先增大后减小的变化趋势,但低围压和高围压条件下剪胀角变化趋势不同。在此基础上建立了大理岩考虑体积应力效应的力学模型,并通过FLAC3D模拟了大理岩室内常规三轴压缩试验,模拟结果与室内试验结果吻合很好,表明该模型可较好地反映大理岩的主要力学特性。研究方法和成果可为其他深部脆性岩体的变形破坏分析提供重要的参考价值和借鉴意义。     

围岩强度和变形参数的分布特征及可靠性分析

从康家湾铅锌金矿Ⅲ-1号矿体上盘围岩取大量岩样,分别加工制作了50个压缩和拉伸试验的试样。利用RMT-150B伺服试验系统对试样进行单轴抗压、抗拉试验,各获得了50个试验结果。采用假设检验法,分别对50个单轴抗压强度和50个抗拉强度进行检验,结果表明,它们分别服从正态分布和对数正态分布;对50个 、 和50个C、 ,进行不放回抽样,组成50组E、 、C、 。利用FLAC计算软件,对硐室围岩中的应力进行了计算,分别获得了50个最大主应力和50个最小主应力;采用同样假设检验法,证明它们分别服从对数正态和正态分布;根据单轴抗压、抗拉强度及围岩中的最大主应力、最小主应力概率密度函数,计算了硐室围岩不发生拉伸破坏和压缩破坏的可靠度;并对硐室围岩抗剪强度的校核,得出了该地下硐室围岩稳定的结论。     

平行黏结模型宏细观力学参数相关性研究

采用变量控制法较全面地分析了各细观参数与宏观参数的定量关系,表明：弹性模量E随颗粒模量Ec、黏结模量 、平行黏结半径乘子 呈线性增长,随颗粒刚度比kn /ks、黏结刚度比 呈对数减小;泊松比则主要受kn /ks和 的影响,两者之间呈对数关系;颗粒键的黏结强度决定了材料的强度,室内材料黏聚力c和抗拉强度 主要受法向平行黏结强度 、平行黏结强度比 的影响,随 线性增长,随 对数减小;摩擦角 主要受颗粒摩擦系数u影响,两者呈对数关系。分析裂隙扩展特征,表明材料法向黏结强度 和切向黏结强度 的相对大小决定裂纹分布规律,随 增大,岩样的拉破坏区域减少,而压剪破坏区域增加,破坏面由剪切破坏向共轭破坏发展;材料的强度离散性越小,岩样破坏趋于集中,破坏面明显,强度均值标准差比值 >3.5为宜; 增加,宏观破坏形式向共轭破坏发展。细观参数的选取除了匹配强度参数,同时还需要考虑破坏形式的一致,考虑多参数相互影响,建立了宏细观参数之间的经验公式,对细观参数进行优化选择,并做了实例验证。室内试验和数值模拟获得的峰值荷载、变形参数、剪切强度等数值接近,应力-应变演化规律相同,破坏形态一致,表明细观参数结果是可靠的。     

高阶煤煤岩毛管压力曲线新数学模型及关键参数

毛管压力是影响煤层气赋存和开发的重要参数,为建立能够有效表征高阶煤煤岩毛管压力曲线的数学模型,以高阶煤为研究对象,开展了高压压汞实验,系统评价了目前常用的典型毛管压力曲线数学模型的适应性,建立拟合程度更高的数学模型。结果表明,6块高阶煤煤样毛管压力曲线基本没有中间平缓段,整体表现为向左上方凸出的形态,与常规砂岩、低阶煤差异明显;BC模型、贺承祖模型和Li模型均不能很好地拟合高阶煤的毛管压力曲线;建立的新毛管压力曲线数学模型,能够很好地拟合高煤阶煤样毛管压力实验数据,拟合程度达到97%以上;在双对数坐标中,毛管压力和最小毛管压力的对数差与进汞饱和度与最小毛管压力的对数差呈线性关系,可利用该线性关系直接求取毛管压力模型的斜率a和幂指数b,求解步骤较为简单;在其他条件相同时,毛管压力与斜率a和幂指数b均成反比。     

基于岩体精细化描述的围岩分类及力学参数概率分布特征分析

针对目前水电站地下厂房工程中不同围岩分类方法存在评价结果不一致、围岩力学参数存在室内试验值与实际情况不吻合的现象,现推荐采用岩体精细化描述体系对围岩岩体结构进行定量化评价。将常用围岩分类方法(RMR、Q、RMi、GSI、BQ、HC)评价指标予以归纳分组,并通过各组内不同指标对比分析获得围岩分类方法中的基础评价指标。以大岗山水电站主厂房某区段为分析对象,采取现场岩体精细化地质素描与后期数据挖掘、拟合相结合方法,并依据评价指标间的关联关系,获得了基础、非基础评价指标的分布概型及对应参数,实现对该段围岩岩体精细化描述认知;基于精细化描述结果,应用Monte Carlo法生成符合各评价指标分布概型的大量随机数,而后参照各分类方法评价思路与评分流程,得到评价指标在各分类方法对应的大量随机评分值,通过归纳统计获得不同围岩分类方法评价结果的分布概型;基于各围岩分类方法评价结果与力学参数值之间的关联关系实现对力学参数概率特征分析。该分析方法与思路可为类似工程围岩质量及力学参数的精确确定提供一定借鉴,并可为实现围岩支护极限状态设计提供必要的原始参数支持。     

基于非均质地层参数表征的颗粒流模型构建

非均质地层参数的获取与表征方法是浅层地质体改造的重要依据。基于非均质地层的地质建模,表征具有随机不确定性和模糊不确定性的土体表观参数和物理力学参数。利用 Weibull 分布统计描述局部地层信息,并应用Diamond-Square分形插值方法,结合差分盒子维计算非均质地层分形维数,进一步合理演算整体地层参数。采用PFC3D数值模拟软件,结合马尔科夫链蒙特卡洛方法采样数据,对非均质地层块石颗粒及土颗粒进行建模。通过非均质地层模拟结果,发现其破坏过程与应力应变曲线要比均质土体复杂得多,由于块石大颗粒的含量、分布特性对土样力学性质影响显著。本文建模方法有助于非均质地层参数表征研究。     

利用煤田测井参数解释煤岩层储气特征

煤田测井曲线中携带着丰富的地质信息,不同属性的测井参数与煤、岩层物理力学性质、富水储气等特征均具有一定的相关性。通过对测井曲线进行数字化和标准化处理,根据煤层含气量与天然放射性参数呈负相关关系,与视电阻率、人工放射性参数呈正相关关系,确立天然放射性、视电阻率及人工放射性测井3种参数间的复合参数,进而构建复合参数与含气量之间的关系,并对研究区1煤层进行了煤层含气量计算与评价。结果表明,利用本文的方法预测的煤层含气量分布与实际揭露情况较吻合。     

考虑扰动影响的土体小应变硬化模型参数试验研究及其在基坑工程中的应用

天然结构性土体容易受到各类施工扰动,导致土体物理力学性质改变,进而影响工程稳定、变形以及邻近环境。针对宁波两种典型土体,分别对原状土和轻、重扰动土以及重塑土开展了三轴试验及一维压缩试验,分析了扰动度对小应变硬化模型(HS-small model,简称HSS模型)主要参数的影响规律,并将其应用于宁波某基坑工程,利用Plaxis3D分析了考虑周边土体扰动影响的坑后土体水平位移变化。研究结果表明,扰动会使土体的强度及刚度参数降低。对于淤泥质黏土,轻扰动试样的参考切线模量E_oed^ref 、参考割线模量E₅₀^ref及参考加卸载模量E_ur^ref值分别降低14%、10%、2%,重扰动试样三参数分别降低43%、14%、15%,粉质黏土三参数也呈现相似降低趋势。在考虑土体扰动影响的情况下,基坑周边两个测斜孔的最大水平位移值分别增大13%、15%,更加接近实测值。研究结果可为小应变硬化模型的参数取值以及考虑扰动影响的基坑工程分析计算提供指导。