冻融红砂岩损伤演化多尺度分析

以红砂岩为研究对象,进行冻融循环、CT扫描及力学特性试验,采用图像处理技术结合遗传算法寻优模型实现了0、5、10、20、40 次冻融循环后 CT 扫描图像的去噪、增强、分割及三维重构处理,通过对同一对象跨尺度的损伤识别与对比研究,建立了基于细观损伤的弹性模量劣化预测公式,并从材料细观结构的物理本质诠释了冻融红砂岩宏观力学行为。结果表明：基于图像最大熵值的遗传算法能够快速精确地选取阈值进行图像分割,实现对岩石细观结构中基质和缺陷的识别;随着冻融次数增加,岩石孔隙率上升、孔隙分维下降,细观尺度上呈现出孔隙扩展、数量增多,但结构复杂程度下降的演化行为;传统方法以有效承载面积、弹性模量为度量基准定义的宏、细观损伤变量未能全面考虑损伤物理机制和材料内部结构信息,宏细观损伤演化曲线差异较大;基于2种物理机制定义细观损伤变量和考虑岩石天然损伤定义宏观损伤变量,实现了损伤的宏-细观结合。最后通过冻融循环过程中细观结构演化与宏观力学响应之间的关系,提出了弹性模量劣化预测公式,并分析冻融砂岩孔隙大小及孔隙结构形态变化在损伤过程中占据的不同主导作用,根据细观结构的物理机制解释宏观砂岩冻融破坏的力学机制。     

动荷载和含水率对红砂岩破坏及能耗特性的影响

地下工程岩体爆破开挖过程中,动荷载和地下水对工程岩体的安全稳定具有显著影响。为研究动荷载和含水率对岩体破坏和能耗特性的影响,利用改进的SHPB试验装置,设置4个冲击速度和6个含水率等级,对红砂岩进行动态冲击试验。通过分析不同含水率工况下能量反射率、透射率和耗散率的变化规律,构建红砂岩能耗特性与含水率的经验模型;对破坏试样进行筛分试验,根据破碎分形理论,研究岩石破碎分形维数随含水率的变化规律。结果表明：（1）同一冲击速度下,能量透射率和含水率具有指数函数关系且呈负相关,能量耗散率随含水率先增大后减小且具有二次函数关系;（2）同一含水率下,能量透射率和冲击速度呈负相关,能量耗散率和冲击速度呈正相关;（3）在出现宏观破坏的试样中,红砂岩的破坏程度随含水率的增加而增大,且在含水率为1%处出现拐点,破碎分形维数和含水率具有指数函数关系。     

东胜气田致密砂岩气藏钻井储层保护研究及应用

东胜气田上古生界下石盒子组为致密砂岩储层,部分区域储层物性好,具备不压裂自然建产潜能,钻井过程中存在井壁失稳及储层损害问题,各因素叠合造成的储层伤害阻碍了气层的产能释放。为进一步提升储层自然建产能力和增加单井产量,在储层渗透率恢复率的基础上,通过储层伤害影响因素分析,引入钻井液侵入深度定量化评价方法,深化了储层伤害机理认识,明确了低密度、无土相、低失水和强封堵的钻井液对策,室内优选了防水锁剂和致密承压复合暂堵剂,优化形成了无土相复合暂堵高酸溶钻井液,储层渗透率恢复率提高至91.11%,泥浆侵入深度降低46.28%。形成的钻井液在锦66井区推广应用,平均单井产量提升11%,并实现3口井自然建产,进一步提高东胜气田致密砂岩储层高效勘探开发的效果。     

采暖尾水回灌对砂岩热储温度的影响——以鲁北地区为例

为保证地热资源可持续开发利用,深入开展回灌工程采灌井合理井距研究、防止短时间内发生热突破是地热领域的重大关切。本文根据全井段测温结果,对砂岩热储不同采灌工程地温场变化特征进行了分析。研究表明：随着回灌年度的增加,冷水范围越来越大,热量对回灌井有效补给路径变长,回灌井热储段温度曲线波动幅度越小;当采灌井距较小、底部温度相对较低时,回灌冷水会对开采井造成影响,致使开采井热储温度降低;在回灌初期热对流在热量恢复中占主导作用,随着回灌年数的增加,冷水范围越来越大,热对流对温度场恢复的作用逐渐减弱,周边和相邻隔水层热传导在温度恢复中的作用越来越显著,温度恢复越来越慢,因此,在规模化回灌条件下,热突破是必然的。     

中国致密砂岩储层流体可动性及其影响因素

致密砂岩储层流体可动性对油气开发、预测和评价具有重要意义。查阅国内近十年相关成果，对致密储层流体可动性的相关参数、测试方法、分布特征及其影响因素进行了分析。发现致密砂岩储层的弛豫时间T₂谱截止值为0.540~41.600 ms，可动流体孔隙度为0.12%~14.35%，可动流体饱和度为2.16%~90.30%，Ⅲ—Ⅳ类储层是致密砂岩储层的主要类型，致密储层可动流体的孔喉半径下限为0.013~0.110 μm，高压压汞、核磁共振、恒速压汞识别的孔喉半径下限分别为0.037 5、0.070 0~0.200 0、0.120 0 μm，水膜厚度为0.05~1.00 μm。统计分析显示，核磁共振、恒速压汞测得致密储层可动流体饱和度偏低；水膜厚度是影响致密砂岩储层流体渗流的主要因素；低煤阶煤层可动流体饱和度最高，致密砂岩储层次之，页岩储层最低；致密砂岩储层约是页岩储层、低煤阶煤层可动流体孔隙度的10倍；砂岩储层可动流体赋存于孔隙和喉道中，受孔隙和喉道共同控制；致密砂岩具有喉道分布集中，有效孔隙发育差，孔隙大部分为喉道半径小于1.000 μm的微细孔；喉道半径越集中、孔喉半径比越小、有效喉道半径越大，越有利于储层流体的渗流；砂岩渗透率（<2×10^-3 μm²）越低，可动流体参数衰减越快；渗透率（>2×10^-3 μm²）越高，可动流体参数升高越缓慢；喉道半径是控制致密砂岩储层流体可动性的主要因素。     

基于砂岩型铀矿原状岩心的渗流特性试验研究

为研究不同围压、不同组合形式下疏松砂岩的渗透率变化规律,以砂岩铀矿原状岩心为试验对象,采用自行研制的HKY-1型长岩心渗流试验仪进行了应力-渗流耦合试验。笔者分别从围压、排列次序和长度占比三个方面开展试验研究,结果表明:1)梯度围压条件下,两段岩心组合后的整体渗透率与围压呈负相关,符合二次多项式函数衰减规律;2)围压梯度递增,多段岩心组合中不同岩性试样孔隙尺寸的差异逐渐减小,细砂岩的排列次序对整体渗透率的影响也随之减弱;3)5 MPa围压作用下,当两种试样长度占比为1∶1时,组合试样的整体渗透率与目标试样长度占比之间的变化规律符合幂指数分布,粗砂岩组递增,细砂岩组递减,中砂岩组为近似水平分布。     

An anisotropic damage–plasticity model for saturated quasi‐brittle materials

This article is devoted to numerical modeling of anisotropic damage and plasticity in saturated quasi‐brittle materials such as rocks and concrete. The damaged materials are represented by an isotropic poroelastic matrix containing a number of families of microcracks. Based on previous works, a discrete thermodynamic approach is proposed. Each family of microcracks exhibits frictional sliding along crack surfaces as well as crack propagation. The frictional sliding is described by a Coulomb–Mohr‐type plastic criterion by taking into account the effect of fluid pressure through a generalized effective stress concept. The damage evolution is entirely controlled by and coupled with the frictional sliding. The effective elastic properties as well as Biot's coefficients of cracked porous materials are determined as functions of induced damage. The inelastic deformation due to frictional sliding is also taken into account. The procedure for the identification of the model's parameters is presented. The proposed model is finally applied to study both mechanical and poromechanical responses of a typical porous brittle rock in drained and undrained compression tests as well as in interstitial pressure controlled tests. The main features of material behaviors are well reproduced by the model. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

湖盆中心地带湖底扇砂体物源追踪及地质意义

湖盆中心地带湖底扇砂体物源方位具多向性,发育位置和层位具不确定性,规模和分布特点不一,确定物源方位成为掌握砂体发育规模、展布的关键。以泌阳湖盆中心地带程店湖底扇砂体为例,利用碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb定年技术,探讨其物源方位。分析结果显示: 程店湖底扇区C1、B365井与侯庄三角洲区B155、B296井砂岩样碎屑锆石测点年龄数据分布具相似特征,碎屑锆石表面年龄主要集中分布在早白垩－中侏罗世峰期,年龄为120～140 Ma,显示单峰特征。早白垩－中侏罗世两区锆石均显示两组类型：第一组锆石占主体部分,呈自形晶,并具典型的振荡生长环带,Th/U值介于0.21～2.94,暗示岩浆成因;第二组类型锆石相对较少,显示变质成因。同时在210～238 Ma、416～451 Ma、663～813 Ma、1 702～2 442 Ma 几个主要年龄区间亦具一定数量的碎屑锆石分布。结合区域地质背景,得出如下初步结论：程店湖底扇砂体与北部侯庄三角洲砂体为同物源沉积组合,显示南北向展布,源岩主体形成时代为早白垩－中侏罗世,对应燕山构造阶段;主体物源岩系为伏牛山燕山期花岗岩,含该时期热变质作用形成的变质岩系,同时前晋宁期、晋宁期、加里东期及印支期热事件形成的变质岩系或岩浆岩亦可能具不同程度的贡献。     

松辽盆地北部泉三、四段低渗透储层孔隙度演化史

为了预测松辽盆地北部泉三、四段储层的孔隙度、恢复孔隙演化史,本文综合考虑沉积相和成岩作用对储层孔隙度的影响,建立了孔隙度关于沉积相指数、成岩指数和深度等多因素非线性模型,预测了泉四段储层的孔隙度,恢复了孔隙演化史.结果表明,在泉四段储层填隙物高达16％的条件下,孔隙度预测的平均绝对误差仅为1.84％;在碎屑岩埋藏的早期,储层孔隙度主要受沉积相的影响,在晚期则受成岩作用的控制,次生孔隙主要发育在中成岩阶段A1亚期和A2亚期的早期;同一层位的储层孔隙度从古到今逐渐减小,在松辽盆地北部的主要成藏期(嫩江期末),中央坳陷泉四段Sq1的储层主要属于中～高孔隙度储层,有利于油气藏的形成,在明水组沉积的后期才变为致密储层.     

四川沐川黄丹石英砂岩铁质赋存状态研究

为了给四川沐川黄丹石英砂岩矿的深入评价和低铁石英等高端应用提供科学依据,在前期研究基础上,采用X射线荧光光谱分析（XRF）、X射线粉晶衍射分析（XRD）和扫描电镜-能谱仪（SEM-EDS）等现代岩矿测试分析技术,并采用动态和综合分析以及微区原位分析等方法,对矿石铁质赋存状态进行了深入研究,结果表明：原矿w（Fe2O3）为0.161%左右,变化范围是0.086%～0.272%;矿石的Fe2O3含量与SiO2和粒度大小呈负相关,而与SO3、Al2O3和K2O呈正相关;原矿石英含量〉90%,粒径范围0.2～0.5 mm,其晶体结构中不含类质同象杂质,但其表面存在大小为1～100μm的溶蚀坑,较大者被伊利石粘土所充填;粘土矿物和以黄铁矿为主要含铁矿物的黑色杂质的含量分别约为8%和1%,二者是Fe2O3的主要载体,所贡献的Fe2O3占原矿质量分数分别约为0.076%和0.085%（其中黄铁矿的贡献值为0.050%）。