基于孔壁应变发展规律的压裂孔三阶段起裂特征试验研究

利用自行研制的煤岩体水力压裂试验系统,开展了配比型煤与原煤水力压裂试验,测试并分析了水力压裂过程中压裂孔孔壁应变-水压曲线,并基于孔壁应变的发展规律,分析了压裂孔的三阶段起裂特征。结果表明,在压裂孔起裂过程中,钻孔孔壁呈现拉伸与压缩应变两种类型,并呈现拉伸破裂区与压缩变形区,其中压缩型应变具有较好的可恢复性,其应变恢复比远大于拉伸型应变;钻孔起裂过程分为3个阶段,即水气作用诱导微损伤形成阶段,孔壁内形成气流通道并产生初始损伤;局部损伤带形成阶段,孔壁形成拉伸破裂区和压缩变形区;试件失稳破坏阶段,裂缝不断延伸直至试件破裂,拉伸破裂区依然保持拉伸变形并较好地保持残余变形,而压缩变形区则由于作用力转向而得到一定程度恢复。研究成果对于揭示钻孔起裂行为及能量的演化规律具有重要理论意义。     

考虑非达西效应的酸蚀裂缝流场数值模拟

酸压改造后的酸蚀裂缝是储层流体的主要流动通道,研究流体在酸蚀裂缝中的流动规律是十分必要的。本文介绍了目前裂隙流动研究中的4种常用控制方程及各自的适用条件,确定了Navier-Stokes方程为酸蚀裂缝流场数值模拟的控制方程。为了分析酸蚀裂缝流场分布规律以及非达西效应对裂缝导流能力的影响,利用逆向工程技术对两种不同刻蚀形态的酸蚀岩样壁面进行了实体重构,并采用有限元数值模拟方法进行了不同流量下的酸蚀裂缝流动试验。结果表明：酸刻蚀形态和裂缝接触关系对流场分布的影响较大。隙宽分布平滑的均匀刻蚀裂缝,其流态稳定、曲折度低,但由于裂缝开度较窄且比表面较高,边界层效应明显,流体流动时产生的黏滞阻力较高;沟槽裂缝曲面粗糙,隙宽分布复杂,流体流动时流态不稳定,曲折度高,在高流量下会产生明显的涡流流动,增大惯性阻力。裂缝通道存在缩颈现象会引起流体绕流和多次加减速,产生额外的压力损耗。随着模拟流量的增大,压降与流量会逐渐偏离线性关系而呈现出非达西流动现象。酸蚀裂缝壁面越粗糙,产生非达西效应时的临界流量和临界雷诺数就越小,在相同流量下非达西效应就越强烈,导流能力下降速率更快。     

青海木里三露天天然气水合物钻孔岩心构造裂隙特征

通过对三露天井田天然气水合物钻孔岩心观察与统计分析,从线密度、倾角、充填程度等方面对裂隙的特征进行讨论,明确研究区天然气水合物赋存类型以及构造裂隙的基本特征,最后讨论了裂隙对天然气水合物形成的作用。结果表明：井田内 天然气水合物绝大多数赋存于粉砂岩、暗色泥岩、油页岩中,其中62.5%赋存于构造裂隙中;研究区构造裂隙以低倾角(占50.37%)、未被充填裂隙为主(占73.68%),且水合物上覆地层裂隙 密度均不同程度减小。研究区裂隙的发育特征对天然气水合物成藏起到重要的作用：研究区73.68%的裂隙为未充填,为烃类气体的运移和聚集提供了空间;50.37%的裂隙为低倾角,垂直方 向上的渗透率值较小,不同层位的连通性差,极大地限制了烃类气体向上扩散,使其得以聚集保存;最后,裂隙发育程度的降低,同样抑制了烃类气体向上扩散,起到了相对“盖层”的作用 。     

裂缝参数对考虑滑脱效应页岩气水平井产能的影响

低渗透页岩气藏中,气体渗流时会受滑脱效应的影响。建立了考虑滑脱效应的气、水两相页岩气藏渗流数学模型,并建立了理想地质模型,采用数值模拟方法,研究了水力压裂的不同裂缝参数对水平井产能的影响。模拟结果表明:裂缝条数、长度和间距是影响页岩气井产能的重要参数,而裂缝宽度和渗透率对产能的影响相对较弱;页岩气井的产能随着裂缝条数和裂缝长度的增加而增大;水平井的水平段长度及裂缝条数一定时,可通过增大裂缝间距来减少裂缝间的相互干扰。      

断层地震孕育和发生的不稳定性模型

在以前的工作中,考虑直立走滑型断层地震,假设断层面微元破裂强度遵循Weibull概率分布,由细观力学方法推导出断层面的宏观本构关系是一个非线性函数,表现为弹性-软化塑性特征,在此基础上用稳定性理论研究了地震稳定性问题.而实际断层大多是倾斜的,为此,本文首先建立了由围岩和倾斜断层构成的平面地震力学模型,采用宏观的断层载荷-变形的全过程曲线,详细讨论了倾斜断层地震的不稳定性问题.结果表明,远场一旦施加位移,断层也同时错动,这可能与实际情况不符合.为了更好的模拟断层的初始能量累计过程,进一步对断层本构模型进行改进.考虑断层面破裂强度,采用Coulomb破裂准则,则断层表现为刚塑性本构关系,只有当断层面剪应力达到一个临界值时,断层才开始错动.研究表明,对于倾斜断层地震,与直立走滑型断层地震一样,系统刚度比β（围岩切线刚度与断层刚度最大值之比）是决定地震失稳的重要参数,只有当β<1时才会出现地震失稳,且伴随应力突跳和围岩应变能释放.当β≥1时,仅仅是断层无震滑动,不会发生地震.在远场应施以位移形式边界条件,以致地震失稳发生在平衡路径的位移转向点并伴有应力突跳.     

基于各向异性梯度的裂缝密度反演

裂缝密度是评价裂缝性储层的重要参数. 本文提出一种利用各向异性梯度计算裂缝密度的新方法,即运用裂缝介质等效理论将高陡倾角裂缝介质等效为横向各向同性介质,得到裂缝介质AVO响应特征,从而得到裂缝介质的各向异性梯度,之后由该梯度与裂缝密度的关系得到裂缝介质的裂缝密度. 实际处理中可以根据地震数据直接求取裂缝介质的各向异性梯度,最后求取裂缝介质的裂缝密度. 模型试算表明, 该方法能得到裂缝介质准确的裂缝密度. 反演结果与初始模型基本一致验证了该方法的正确性; 另外地震记录添加一定的信噪比后也能反演得到准确的裂缝密度,证明了该方法的稳定性.      

塔里木盆地克深2区块储层裂缝数值模拟研究

储层裂缝定量预测是塔里木盆地克拉苏构造带克深2区块后期开发工作的重要保障。在对单井裂缝特征进行描述以及通过构造解析和反演拟合确定古今地应力的基础上,建立了研究区的力学模型,并结合地应力与裂缝参数之间的定量关系,对克深2区块巴什基奇克组的储层裂缝进行了数值模拟。结果显示,断层带是裂缝各项参数的高值区,背斜顶部具有裂缝线密度低而裂缝开度、裂缝孔隙度和裂缝渗透率高的特征,背斜翼部则与之相反。分析其原因认为,断层带附近裂缝密度大,沟通了单砂体,背斜高部位相对翼部裂缝密度低,但裂缝整体开度大,充填程度弱,有效性高。数值模拟结果与单井岩心裂缝、成像裂缝解释结果匹配较好,预测开发井裂缝渗透率符合率约75%,为塔里木盆地克拉苏构造带克深区块的天然气勘探与开发提供了一定依据。     

“双端封堵侧漏技术”在探测大采深工作面煤层底板裂隙中的应用

我国浅部煤层的储量在近几年内大量减少,为满足工业生产,人民生活的需要,开采深部煤层成为势在必行的发展趋势,但是,深部采区条件较为复杂,尤其是在华北石炭-二叠型煤田内,底板奥灰水,溶岩水一直都限制着煤层的开采,底板突水占整个煤矿事故中90%以上的比例。大采深工作面受底板承压水的威胁较大,采动造成的裂隙一旦与导升带相连通,形成一导水通道,则会造成底板突水。双端封堵侧漏技术通过将整个钻孔细分为若干单位段,通过测试每一单位段前后两次漏水的差异,从而确定受回采影响下底板的裂隙发育情况和最大发育深度。     

岩石力学参数对裂缝发育程度的影响

弹性模量(E)、泊松比(μ)及密度(ρ)是岩石的重要力学参数, 当其他条件一致时, 在一定程度上影响着裂缝的发育。以塔里木盆地某气田为研究区, 在造缝期古应力场分析的基础上, 利用储层裂缝数值模拟技术, 计算得到储层裂缝孔隙度; 再以裂缝孔隙度为指标, 分析岩石力学参数对裂缝发育程度的影响。研究结果表明, 裂缝孔隙度随弹性模量的增加而增大, 同等应力条件下, 弹性模量越大, 裂缝孔隙度越高, 破裂程度越大; 泊松比小于0.2时, 裂缝孔隙度随泊松比增加而逐渐下降; 泊松比超过0.2后, 裂缝孔隙度随泊松比增加而逐渐增大; 岩石密度对裂缝孔隙度的影响不大, 基本上可以忽略。      

兖州矿区立井井筒非采动破裂的非线性预测与判别方法

厚冲积层立井井筒非采动破裂工程地质灾害是人类工程与自然环境相互作用的结果,该灾害的发生给煤矿造成巨大的经济损失,本文采用神经网络及模糊神经网络的方法对立井井筒破裂进行了预测与判别,预测与判别的结果表明,采用神经网络与模糊神经网络方法能够很好适用于立井井筒破裂的预测与判别,准确性高,能够满足实际应用的需要。