基于向量式有限元的黏滞阻尼减震结构抗竖向连续倒塌动力反应分析

向量式有限元是以向量力学为基础的一种新的结构分析方法,在处理结构大变形等复杂行为时具有较大的优势。基于向量式有限元理论建立了黏滞阻尼单元,对附加黏滞阻尼器的平面钢框架结构进行了抗竖向连续倒塌动力分析,结合拆除构件法,采用MATLAB编制可以考虑初始变形的瞬时卸载法程序,实现结构在构件拆除前的静力分析和构件拆除后动力分析的全过程统一。研究了阻尼器布置位置和参数在结构抗竖向连续倒塌中的性能需求,以失效点竖向位移时程曲线、梁端转角、动力放大系数和结构塑性铰分布为参考指标,对比分析布置阻尼器前后钢框架结构的抗连续倒塌能力。结果表明向量式有限元是一种研究结构竖向连续倒塌动力响应的有效方法,合理布置阻尼器能够有效控制剩余结构的变形和振动,降低构件内力,减少塑性铰个数,较大地提高结构的抗竖向连续倒塌能力。     

鄂尔多斯盆地东南部山西组泥岩封盖性能评价

为弥补鄂尔多斯盆地东南部盖层的研究空白,借鉴已有研究成果与盖层基本特征,选取泥岩孔隙度、渗透率、厚度以及排替压力4个参数,结合灰色理论分析方法,对鄂尔多斯盆地东南部山西组泥岩盖层封盖性能进行了综合定量评价。结果表明:盆地东南部泥岩北东部较厚,整体呈从北向南减薄的趋势,南部孔隙度及渗透率均偏高;泥岩盖层排替压力较大,大于8 MPa的平面面积占70%以上;由灰色理论打分评价可知,山西组整体盖层封盖性能较好,封盖能力特强(Ⅰ类盖层)、封盖能力强(Ⅱ类盖层)的盖层分布区域广泛,Ⅰ类和Ⅱ类盖层主要发育于盆地北部、北东部,中部延长、延安、志丹等周边地区,盖层封盖性好,Ⅲ类盖层(封盖能力中等)、Ⅳ类盖层(封盖能力差)主要发育于南部。盖层发育较好的地区,经勘探开发与试气,单井日产量可达上万方,证明评价结果与勘探实践匹配。     

Numerical estimation of carbonate rock properties using multiscale images

Characterizing the pore space of rock samples using three‐dimensional (3D) X‐ray computed tomography images is a crucial step in digital rock physics. Indeed, the quality of the pore network extracted has a high impact on the prediction of rock properties such as porosity, permeability and elastic moduli. In carbonate rocks, it is usually very difficult to find a single image resolution which fully captures the sample pore network because of the heterogeneities existing at different scales. Hence, to overcome this limitation a multiscale analysis of the pore space may be needed. In this paper, we present a method to estimate porosity and elastic properties of clean carbonate (without clay content) samples from 3D X‐ray microtomography images at multiple resolutions. We perform a three‐phase segmentation to separate grains, pores and unresolved porous phase using 19 μm resolution images of each core plug. Then, we use images with higher resolution (between 0.3 and 2 μm) of microplugs extracted from the core plug samples. These subsets of images are assumed to be representative of the unresolved phase. We estimate the porosity and elastic properties of each sample by extrapolating the microplug properties to the whole unresolved phase. In addition, we compute the absolute permeability using the lattice Boltzmann method on the microplug images due to the low resolution of the core plug images. In order to validate the results of the numerical simulations, we compare our results with available laboratory measurements at the core plug scale. Porosity average simulations for the eight samples agree within 13%. Permeability numerical predictions provide realistic values in the range of experimental data but with a higher relative error. Finally, elastic moduli show the highest disagreements, with simulation error values exceeding 150% for three samples.     

土体直剪力学特性颗粒尺度效应理论与试验研究

土体是一种颗粒物质,其强度与变形特性具有显著的颗粒尺度效应。根据土体颗粒间的连结性状和微重比,将土颗粒划分为基体颗粒与加强颗粒。构建了反映土体内部材料信息和颗粒特征信息的土体胞元,基于应变梯度理论建立可以描述土体颗粒尺度效应的土体胞元模型。设计一系列饱和重塑土的直接快剪试验以研究土体直剪力学特性的颗粒尺度效应,并定量计算了土体胞元模型的应变梯度和內禀尺度等微细观计算参数。试验结果表明,土体的剪切屈服应力随加强颗粒体积比和平均应变梯度的增加而增加,且与加强颗粒体积比呈近似线性关系,与平均应变梯度呈抛物线关系;加强颗粒粒径对土体的剪切屈服应力影响不明显。土体剪切屈服应力的试验结果与土体胞元模型的预测结果一致。     

多孔介质中水泥浆三维锋面特征研究

深层渗滤效应普遍存在于多孔介质的渗透注浆过程中,并起着非常重要的作用。基于质量守恒方程、线性滤过定律、渗流连续性方程及Darcy定律,建立了水泥浆三维锋面的理论模型;通过现场试验,研究了水泥浆三维锋面扩散运移及沉积层渗透系数的变化规律,并将试验值与模型理论值进行了对比分析。结果表明,沉积层渗透系数随水泥浆锋面的扩散运移动态变化;当注浆压力恒定时,水灰比越小,深层渗滤效应越显著,浆液扩散距离相应越短;相同扩散距离时,受重力效应的影响,注浆点源之上的沉积层渗透系数大于注浆点源之下的沉积层渗透系数;浆液扩散距离及固定位置处的沉积层渗透系数均与水灰比呈正相关。研究成果可指导工程设计,具有一定的实际应用价值。     

封顶覆盖黄土气体渗透特性测试及填埋气一维运移分析

黄土在我国西北地区广泛分布,是当地垃圾填埋场封顶覆盖层的主要材料,该材料的气体渗透特性直接影响了覆盖层对填埋气释放的控制效果。利用渗析技术和自制的气体渗透系数测量装置,模拟和测试了干湿气象条件下覆盖黄土服役含水率变化及其对气体渗透系数的影响,并建立填埋气在垃圾体和覆盖层中的一维稳态运移模型,分析了覆盖层气体渗透系数和抽气速率对填埋气释放控制效果的影响。研究结果表明：渗析技术能有效模拟覆盖黄土服役含水率的变化,压实黄土试样的气体渗透系数介于10-17～10-12 m2量级,随服役含水率的增加而降低,且对于压实度比较高的黄土降低得更加明显;覆盖层底部的填埋气压随气体渗透系数的减小而增大,通过覆盖层下部的气体扩散层负压抽气等措施,可有效减小覆盖层底部气压和填埋气的释放量。     

济阳坳陷特低渗透油藏地质多因素综合定量分类评价

在定量表征特低渗透油藏开发效果及地质特征的基础上,探讨特低渗透油藏开发效果主控地质因素。应用灰色关联分析法对济阳坳陷特低渗透油藏开展地质多因素综合定量分类评价,形成了一套以开发效果表征特低渗透油藏综合特征、从单井到区块基于灰色关联分析的特低渗透油藏地质多因素综合定量分类评价方法。研究结果表明,济阳坳陷特低渗透油藏主要为滩坝砂、浊积岩、砂砾岩沉积,具有埋藏深度大、粒度细、分选较好、孔喉微细、单层厚度薄、分布零散、比储量丰度低、流动性差的地质特点。定义累积产油差表征开发效果以反映特低渗透油藏综合特征,其主控地质因素为油层厚度层数比、砂岩厚度层数比、平均粒径、采油段中深、渗透率、孔隙度、比储量丰度。通过地质多因素综合定量分类评价,将济阳坳陷特低渗透油藏分为3类：Ⅰ类综合评价分数大于0.6,累积产油差大于4 500,开发效果最好;Ⅱ类综合评价分数0.4~0.6,累积产油差-2 500到4 500,开发效果中等;Ⅲ类综合评价分数小于0.4,累积产油差小于-2 500,开发效果差。利用不同区块已有开发数据检验,分类评价结果与实际生产情况一致性良好。Ⅰ类、Ⅱ类特低渗透油藏应该作为现阶段特低渗透油藏直井、水平井优先开发的对象。     

低渗透油藏CO2驱油开发方式与应用

CO₂驱是一种能大幅度提高原油采收率的三次采油技术,国内该项技术的研究和应用起步较晚,多以先导试验为主。苏北盆地溱潼凹陷经过10余年的探索,已经在5个低渗油田开展了CO₂驱先导试验和推广应用,针对这5个油藏利用一维细管模拟和油藏数值模拟方法开展了注气时机、段塞尺寸和注气部位的研究,并应用典型实例进行了分析,认为先期注入提高混相压力,可更有效地缩短两相区过渡带,增加油相中溶解的CO₂含量,降低油相粘度和油气界面张力,进而提高混相程度,更有利于驱油;采用大尺寸段塞可加大CO₂波及区域,较好地保持地层能量,从而提高油井见效率,增强驱替效果;高部位注气可有效地抑制重力超覆,减少CO₂气体过早地产出和突破的机会。就苏北盆地低渗油藏而言,采用先期注入、大尺寸段塞和高部位注气不失为一种成熟有效的提高采收率方法。     

The effect of microporosity on transport properties in porous media

Sizeable amounts of connected microporosity with various origins can have a profound effect on important petrophysical properties of a porous medium such as (absolute/relative) permeability and capillary pressure relationships. We construct pore-throat networks that incorporate both intergranular porosity and microporosity. The latter originates from two separate mechanisms: partial dissolution of grains and pore fillings (e.g. clay). We then use the reconstructed network models to estimate the medium flow properties. In this work, we develop unique network construction algorithms and simulate capillary pressure–saturation and relative permeability–saturation curves for cases with inhomogeneous distributions of pores and micropores. Furthermore, we provide a modeling framework for variable amounts of cement and connectivity of the intergranular porosity and quantifying the conditions under which microporosity dominates transport properties. In the extreme case of a disconnected inter-granular network due to cementation a range of saturations within which neither fluid phase is capable of flowing emerges. To our knowledge, this is the first flexible pore scale model, from first principles, to successfully approach this behavior observed in tight reservoirs.     

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。