花岗岩单裂隙渗流传热特性试验

基于岩石裂隙渗流传热试验系统,以蒸馏水为换热工质,针对预制平滑裂隙与粗糙裂隙的花岗岩岩样,开展不同试验温度与水流条件下的单裂隙对流换热特性试验研究。试验结果表明：①同一温度水平下,对流换热系数的量值与流量呈正相关关系,但对流换热系数的增幅大于流量的增幅,随岩石基质温度的升高,相同流量水平下的对流换热系数呈增大趋势;②与平滑裂隙试验结果相比,粗糙裂隙面的对流换热强度有所提高,但增幅不大;③沿渗流路径,裂隙面局部对流换热强度的演化呈现多波峰的非线性特征,其中粗糙裂隙的非线性更加强烈。但二者均存在由进水口至出水口,换热强度逐渐减弱的特征。④努塞尔数与普朗特数1/3次方的商与雷诺数较好地满足幂指数关系,随着试验温度的升高,这种关系逐渐向线性转变。     

含多裂纹沥青路面开裂机制及扩展分析

基于断裂力学基本理论,通过有限元数值模拟方法,研究了同时存在表面裂纹和反射裂纹的沥青路面在交通荷载作用下表面裂纹和反射裂纹开裂机制及扩展路径,深入讨论了路面材料和结构对裂纹扩展路径的影响,分析了表面裂纹的位置对反射裂纹扩展路径的影响,采用多裂纹小梁弯曲试验验证了多裂纹的扩展行为。结果表明：在交通荷载作用下,表面裂纹向着偏离载荷的方向扩展,且扩展路径几乎为直线,反射裂纹则沿着“Z”字形向上扩展;路面结构层模量和厚度的改变能够影响裂纹的扩展路径;反射裂纹总是向着存在表面裂纹的一侧扩展;小梁弯曲试验得到裂纹扩展行为与数值模拟结果一致。     

不同地质条件下隧道洞口仰坡地震破坏特性研究

针对洞口段均质围岩仰坡、含软弱夹层仰坡和桁架梁加固仰坡围岩3种工况,开展大型振动台模型试验,分析隧道洞口段仰坡模型土破坏形态。试验结果表明,均质边坡洞口段模型土在动力作用下坡肩土体先出现张拉裂缝,随着激振加速度增加,坡肩土体局部出现倾倒崩塌,最后沿坡面滑落堆积;含软弱夹层边坡在地震力作用下,仰坡坡脚部位土体挤压破碎,坡顶表面沿软弱夹层位置出现张拉裂缝,上覆土体沿软弱夹层滑动,最后土体大规模崩塌、滑落;洞口段加固边坡在动力作用下基本保持整体稳定,只部分梁格出现了局部的掉块,模型土顶部出现沿隧道轴向的细微裂缝。分析了隧道洞口段衬砌结构破坏形态,试验结果表明均质边坡洞口段AB两段衬砌模型裂缝分布较CD段复杂,认为洞口段地震影响深度为AB两段衬砌的长度,对应于实际工程中40 m;受软弱夹层影响,跨软弱夹层部衬砌模型裂缝形态较复杂;仰坡加固后,洞口段衬砌模型受力改善。研究结果可为山岭隧道洞口段边坡抗减震研究和设计提供参考。     

塔里木盆地巴楚凸起H气田奥陶系裂缝 主控因素及演化序列研究

塔里木盆地巴楚凸起H气田奥陶系储层是低孔低渗裂缝型碳酸盐岩储层,裂缝系统作为储层渗流通道,其空间分布和主要控制因素复杂,具有多期次叠加和演化的特征。文章采用岩心描述、镜下观察、成像解释等手段分析H气田奥陶系碳酸盐岩裂缝发育特征,明确裂缝主要控制因素,建立了裂缝演化序列。结果表明:巴楚凸起H气田奥陶系以剪切缝为主,张性缝次之,张剪缝最少,裂缝发育的主要控制因素为断层、褶皱及岩性等,与断层相关的裂缝主要发育在距断层460 m的范围内;地层变形程度越强,裂缝越发育;裂缝发育程度还受岩性的控制,灰岩的粒径或晶粒越大,构造裂缝越发育。根据已有碳氧同位素测试研究成果,并结合岩心观察发现:H气田奥陶系构造裂缝至少经历了三期演化活动,分别为加里东运动中期少量低角度北东东向和北北西向剪切缝发育期,海西运动晚期中-高角度北西西向张性缝和北东东向、北西向张剪缝以及南北向、北东向中-高角度剪切缝发育期,喜马拉雅运动早期大量高角度北东东向、北北东向剪切缝发育期,主要造缝期为喜马拉雅运动早期。      

海洋板块蛛网裂缝的粘弹性球扁壳模式

由于所考虑的大洋板块直径为10~3公里数量级,故必须考虑其曲率的影响。又因以百万年计的地壳演变所具有的应力松弛和应变蠕变对造成此裂缝的作用,必须考虑此板块的流变性质。本文是在文献〔9〕的基础上的进一步工作,因大洋海水深度不同,故简化板块上的分布海水荷载为一偏心受压的集中荷载,得到问题的精确解及渐近解。     

Quantification of Natural Fracture Surfaces Using Fractal Geometry

The purpose of this paper is to present an extensive evaluation of the methods to calculate the fractal dimension of natural fracture surfaces. Three methods; variogram analysis (VA), power spectral density (PSD), and roughness-length method (RMS) are applied to 2-D surface data (PSD) and 1-D profiles (VA and RMS) extracted from the surface data of 54 mm diameter crystallized limestone samples. Surface topography of the samples is quantified through a newly designed fully automated device. Before the application, self-affinity of the surface roughness and the applicability of these methods are validated using synthetically generated fractal surfaces. Fractal dimension values of the profiles are obtained as between 1 and 1.5 with a few exceptions. VA and RMS methods yield consistent fractal dimensions while the PSD values are lower than those of the other two methods. In terms of practical applicability, the VA is found more convenient than other two methods because there still exists shortcomings with the PSD and RMS methods due to difficulties in the mathematical analysis of the plots whose slopes are used in the computation of fractal dimension. However, it is observed that the data of limited size fracture surfaces are convenient for fractal analysis and the results are promising for further applications if the fracture surface size is restricted like cores recovered from deep boreholes.     

破裂井筒侧摩阻力分析

根据有效应力原理,对破裂井筒详细调查,建立由多个含、隔水层组成的厚表土底部固结沉降井壁侧摩阻力的概化模型。指出这类井壁不仅有负阻力,同时还有正阻力及零阻力井段,它们的分布决定了井壁挤压破裂及拉伸的部位。从有效应力的变化阐明了井壁破坏与降水季节的关系     

Full 3-D numerical modeling of borehole electric image logging and the evaluation model of fracture

A full 3-D finite element method numerical modeling program is written based on the principle and technical specification of borehole electric image well logging tool. The response of well logging is computed in the formation media model with a single fracture. The effect of changing fracture aperture and resistivity ratio to the logging response is discussed. The identification ability for two parallel fractures is also present. A quantitative evaluation formula of fracture aperture from borehole electric image logging data is set up. A case study of the model well is done to verify the accuracy of the for-mula. The result indicates that the formula is more accurate than the foreign one.     

改进的数值流形法在水力劈裂中的应用

数值流形法在非连续变形分析领域具有独特优势。结合裂纹尖端场函数的基本概念,分析了水力劈裂破坏问题,模拟了水力劈裂破坏过程,避免了扩展有限元中的阶跃函数和水平集概念。为了避免裂纹尖端在单元内部不同位置而产生误差,对裂纹尖端附近一定范围内的每一个物理覆盖附加奇异覆盖函数。选取一个算例比较分析了内水压力对应力强度因子的影响,当考虑裂纹面内压时,定量分析比较了各因素对应力强度因子的影响大小,并应用于分支裂纹水力劈裂破坏。计算结果表明,改进后的计算结果与解析解相吻合。未考虑裂纹面内压,误差往往较大。考虑裂纹面内压后,随着裂纹长度的增加,误差逐渐减小;随着网格密度的增加,误差也逐渐减小。分支裂纹的渐进破坏结果表明该改进方法的可行性,具有较大的实际应用价值。     

叠前方位各向异性技术在潜山储层裂缝预测中的应用

裂缝型碳酸盐岩储层非均质性极强,储层类别以高角度缝为主。在油田开发中如何精准刻画储层空间展布特征,寻找构造高部位剩余油是亟需解决的难题。通过叠前方位各向异性技术对潜山中小型裂缝进行预测,结合地层微电阻率扫描成像（FMI）裂缝解释结果进行标定和分级刻画,进一步应用三维可视化及自动追踪技术实现对储集裂缝体的空间定量雕刻,精准落实裂缝体空间分布及连通性。该技术在某油田的实际应用结果表明,使用该方法预测的裂缝体结果与后续实际验证井的钻遇情况相符。此研究对开发后期高含水潜山裂缝型油藏有效挖潜剩余油具有很好的指导作用。