峰后大理岩非线性渗流特征及机制研究

 在围岩开挖扰动区中,围岩应力和裂隙水压力将会显著地影响其渗流性质。当水头压力梯度增大时,渗流速率增大,Darcy流转化为非线性渗流。首先,采用研制的温度–应力–渗流耦合的岩石力学试验系统进行不同静水压力下大理岩峰后非线性渗流试验,研究渗流速率随压力梯度的演化规律,将其演化过程分为稳定Darcy流、Darcy流向非线性渗流过渡段和非线性渗流3个阶段进行分析,并采用完全二次多项式描述渗流速率与水头压力梯度的关系。然后,通过试验中记录的变形数据,拟合临界启动压力梯度和裂隙水力开度与试样侧向变形的函数关系式,得到不同静水压力条件下由水头压力引起的裂隙水力开度的变化规律;并深入分析临界启动压力梯度、固有渗透系数和二次项系数演化的内在机制。随着静水压力的升高,试样中裂隙水力开度逐渐减小,引起固有渗透系数逐渐减小,二次项系数和临界启动压力梯度逐渐增大;随着水头压力的增大,裂隙水力开度逐渐增大,引起固有渗透系数增大,临界启动压力梯度和二次项系数减小。     

致密砂岩储层不同渗流机理对水平井产能的影响

为研究不同渗流特征对致密气藏水平井产能的影响,以川西中浅层致密砂岩新场-沙溪庙组(XS)气藏参数场为基础,运用商业软件CMG(2012版)建立精细机理模型,模拟计算了启动压力梯度、应力敏感、高速非达西渗流和滑脱效应对水平井渗流和产能的影响。结果表明,当启动压力梯度达到0.05 MPa/m时,累产气量减少4%;当启动压力梯度小于0.01 MPa/m时,其影响很小,工程上可忽略;应力敏感使日产气量降低,累产气量减少24%,影响程度较大;高速非达西渗流,水平井累计产气量降低约1%~2%,压力波及程度变小,总体上对低渗气藏影响较小;滑脱效应系数为有利因素,但主要在低压阶段表现出来。因此,在致密砂岩气藏开采过程中应充分研究不同渗流机理对产能的影响及工程适用性。     

低渗透单相非线性渗流机制试验研究

 采用美国岩芯公司AFS300TM全自动岩芯驱替系统和鄂尔多斯盆地露头全直径低渗透砂岩岩芯,通过BP–100空气弹簧回压阀控制岩芯出口端压力,分别使用标准盐水和煤油作为渗流介质,在低压力梯度(0.005～0.300 MPa/m)条件下,通过稳态法测定岩芯饱和渗流曲线。试验结果表明：岩芯出口端流速随压力梯度增加而线性增加,没有观察到明显的启动压力梯度和非线性;通过非稳态法测试,也没有观察到明显的启动压力梯度现象。试验所用低渗透岩芯单相渗流符合达西定律,多孔介质壁面与流体(牛顿流体)的作用并不能导致单相渗流的非线性和启动压力梯度。     

超低渗透储层饱和/非饱和渗流启动压力梯度试验研究

 针对国内外超低渗透储层饱和/非饱和渗流启动压力梯度研究的差异,利用美国岩心公司AFS300TM全自动岩心驱替系统,采用非稳态法研究岩心上、下游端压力变化,分析鄂尔多斯盆地三叠系露头全直径超低渗砂岩岩石饱和/非饱和渗流的启动压力梯度特征。试验结果表明：超低渗透储层标准盐水、煤油饱和渗流不存在启动压力梯度;非饱和渗流流体间界面产生的毛管压力是导致两相渗流启动压力梯度的根本原因,并且发现驱替过程中的毛管压力存在动态变化过程。     

考虑滑脱效应的煤层气渗流数学模型及数值模拟

在千米深度下赋存煤层气的煤层处于高地层压力作用，因此可认为是致密的多孔介质。煤层的渗透率低，对于致密的多孔介质渗流，滑脱效应将十分显著。据此，建立了低渗透率情况下考虑高地层压力作用和滑脱效应的煤层气渗流数学模型，并采用有限元方法对建立的数学模型进行了数值求解；比较低渗透率情况下考虑高地层压力作用的滑脱流和原有的达西流对压力分布的影响。建立的煤层气滑脱数学模型为研究煤层气非线性渗流问题奠定基础，对高地层压力作用下低渗透率储层的煤层气产量估算具有重要的理论价值。     

特低渗储层不同渗流介质应力敏感特征及其评价方法研究

 地层岩石的渗透率应力敏感特征对于地下油气资源开发、核废料地下处置等具有极为重要的影响。选取大庆油田外围特低渗油藏及长庆油田某露头储层砂岩岩石进行不同渗流介质(氮气、盐水、煤油)渗透率应力性试验,分析岩样渗透率、孔喉变形、流体压缩性及流固耦合作用机制等因素对应力敏感性的影响。试验结果表明,特低渗储层岩石不同渗流介质渗透率应力敏感性具有明显的差异,气测渗透率与束缚水状态下的油相有效渗透率在有效应力增加初期(2～16 MPa变化区间)急剧减小,但有效应力增加后期水测与油测渗透率仍具有较为明显的减小趋势。1×10－3 μm2是特低渗岩石气测与水测渗透率应力敏感性强弱对比发生变化的临界渗透率。有效应力作用下作为主要渗流通道的较大孔喉首先被压缩变形是导致渗透率在有效应力加载初期急剧减小的主要原因,不同渗流介质压缩性和流固耦合作用机制差异是导致气、液渗透率应力敏感性差异的主要原因。特低渗油藏储层应力敏感性评价中应以油相作为渗流介质进行评价试验。提出区分岩芯与油气储层2种不同的渗透率应力敏感性试验及其评价方法。在实际油藏储层有效应力变化范围内,特低渗储层渗透率应力敏感性较弱。     

含单组节理的双重非线性弹性岩石介质中的P波传播规律

为研究含单组节理的双重非线性弹性岩石介质中的P波传播规律,在空间域内设置许多间距极小、刚度极大的假节理。对特定节理位置赋予节理非线性变形BB模型,结合非线性波传播的特征线方程,得到一维P波传过含单组不同条数节理的双重非线性弹性岩石介质时透射波的时域半数值解。编写有限差分程序,利用已有计算实例对程序进行验证,并通过计算模拟作进一步参数研究。详细讨论P波参数、节理力学参数、节理条数、节理间距和岩石非线性系数对透射波首波与后续波波形、首波透射系数、首波与后续波能量的影响。研究结果表明,随着传播距离的增大,大振幅且低频的P波波形发生畸变;小振幅且低频的P波对岩石的非线性作用不敏感。节理间距和岩石非线性系数对首波透射系数、首波能量和后续波能量产生不同程度的影响。振幅较小、频率较高的P波传过条数较多的单组节理时,节理表现出明显的滤波和分解能量的作用。     

水力压裂时岩石破裂压力数值计算

 以多孔介质流体渗流与岩石应力–应变耦合理论为基础,推导水力压裂时岩石破裂压力数值计算方程,提出一种全新的岩石破裂压力计算方法。该方法考虑岩石变形与流体渗流的全耦合作用,采用有限元法数值计算技术,能模拟计算流体向地层渗滤情况下井眼周围地层有效应力的时空分布,因此,该方法不但能求得岩石的破裂压力,还能同时求得岩石的破裂时间。建立的破裂压力数值计算理论克服传统破裂压力解析计算方法的许多不足,如无法精确计算井眼周围孔隙压力的升高导致应力集中加剧对破裂压力的影响,无法计算地层破裂的确切时间等问题。该计算理论的建立,实现岩石破裂压力数值计算的突破和计算精度的提高,为水力压裂时岩石破裂压力的计算找到了新的理论和方法。     

考虑Klinkenberg效应的多孔介质气体渗流模型

基于渗流力学理论,建立了考虑气体可压缩性及Klinkenberg效应的多孔介质气体渗流数学模型,并给出了两种边界条件下多孔介质气体渗流方程的解析解;采用数值模拟方法对所得结果进行验证。结果表明,Klinkenberg效应可有效增大多孔介质中气体的渗透系数,降低气体压力,对煤层气、致密砂岩气的抽采具有一定的工程指导意义。     

考虑启动压力和应力敏感效应的低渗、特低渗油藏数值模拟研究

为了综合反映启动压力和应力敏感对低渗透油藏开发规律的影响,首先,通过室内实验研究低渗透岩芯启动压力梯度和应力敏感效应,并建立启动压力梯度和动态渗透率的动力学模型;在此基础上,根据质量守恒定律和渗流力学理论,建立同时考虑启动压力和应力敏感效应的低渗透油藏油水两相渗流数学模型,据此研制低渗透油藏水驱数值模拟软件;然后,利用该软件研究不同特征对渗流场、开发规律的影响以及启动压力和应力敏感对开发效果的影响;最后,研究超前注水、增大注采比、增大注采速度对采收率的影响规律,并优化最佳注入参数。研究结果表明,启动压力梯度是低渗透油藏采收率较低的直接原因,应力敏感通过强化启动压力梯度的方式间接影响采收率;超前注水、增大注采比和增大注采速度均可以提高低渗透油藏采收率,提高幅度为：超前注水＞增大注采比＞增大注采速度;最佳超前注水时间为100 d,最佳注采比为1.1∶1,最佳注入速度为0.00015～0.00025 PV/d。     

动荷作用下裂隙岩体介质的变形性质

 利用脆性材料模型试验, 对非贯通裂隙岩体介质的动应力2应变特性进行了首次初步探索, 得到了动载频率,裂隙几何特性对试样动变形性质的一些影响规律。     

张拉荷载下全长粘结锚杆工作机理试验研究

三峡水久船闸闸室的高、薄混凝土衬砌墙由高强结构锚杆与闸室岩体联结，单根锚杆在工程运行期所受最大张拉荷载可能达到600kN，薄混凝土衬砌墙能否提供足够的锚固力，以及混凝土的受力和破坏状态如何，是工程中非常关心的问题。以三峡工程问题的现场试验为依托，在回答工程问题的同时，着重讨论了在受张拉荷载作用下全长粘结锚杆的工作机理，指出了锚杆在轴向受拉过程中，受锚杆螺纹的影响，锚杆与粘结介质之间将产生法向剪胀变形，对产提高锚杆的锚固力具有特别重要的意义。还对全长粘结锚杆的设计理论、提高锚固效果的措施进行了讨论。     

常见阳台变形原因分析及加固建议

阳台变形、开裂问题日趋凸显,影响居民使用及结构安全.为了解裂缝产生的原因,进而采取有针对性的加固措施,文中采用实际案例,对影响阳台安全的各个因素进行检测,通过实测结果进行承载能力及变形验算,分析其产生的原因并提出加固建议.     

H型钢开坯轧制变形分析

借助有限元分析软件MSC SuperForm2 0 0 2对H型钢开坯轧制进行了模拟。分析了金属变形特点和轧件充满情况。研究表明 ,箱形孔中轧件腹板的变形与宽展较小 ,异形孔中轧件腹板与翼缘的的变形很不一致 ,腹板出变形区后厚度存在反弹增加现象。异形孔中轧件不能很好地充满孔型 ,异形孔中轧制压力较大。     

轻钢结构檐口檩条变形的控制

阐述了檐口檩条变形对建筑的防水、安全等方面的影响及其解决方法;通过女儿墙边、有高差处屋面檩条在积雪荷载下的变形超限破坏实例指出:在考虑积雪荷载设计时,提高檐口檩条变形控制及适当加密檩条是较好的解决方法。     

露天边坡与山坡复合体变形随机介质预测方法的研究

露天边坡岩体工程开挖 ,将使周边岩体产生移动和变形 ,从而严重地威胁着边坡本身及周边环境的安全。应用随机介质理论方法建立了岩体开挖量对变形影响大小的预测模型 ;并依据实例对移动参数进行了回归分析 ,然后 ,对后续开挖将产生的变形值大小进行预测 ,为安全生产提供决策依据     

节理岩体双重非线性弹性介质中的纵波传播特性

 基于应力–应变关系中包含三阶非线性项的岩石介质和非线性法向变形节理模型,结合波动方程特征线法,得到在非线性岩石介质中纵波法向入射单节理时透射波的半数值解,并编写计算程序。对波源参数、节理参数和岩石非线性、节理位置等进行一系列参数研究,探讨节理岩石双重非线性弹性介质对透射波波形、透射系数和频谱分布的影响。研究结果表明,岩石的非线性系数会对节理的高频滤波作用以及节理面质点位移的恢复路径产生影响。双重非线性作用下的透射波除了和线性岩石中一样受节理参数、波源参数的影响外,还与节理位置和岩石的非线性系数有关。在纵波受岩石非线性作用较大的情况下,频率相同振幅较小的纵波的透射系数较大。大振幅波在双重非线性的影响下,透射波中会产生一系列高谐波,该高谐波是应力波受岩石和节理综合作用的结果。     

高速公路泥岩边坡时效变形破坏机理分析

中国西部山区泥岩地层中修建高速公路，泥岩边坡常发生变形失稳破坏。基于大变形理论，采用完全非线性瞬态动力学分析方法，研究了泥岩边坡开挖前、开挖后暴雨产生孔隙水压力和孔隙水压力消散的时效变形过程，揭示了坡体开挖和孔隙水压力是边坡发生变形破坏的主要因素，为边坡的处治设计提供了理论依据。     

钢框架-支撑体系中支撑与框架的变形特点对结构分析的影响

提出多高层钢框架-支撑体系在水平荷载作用下的内力和变形计算应依支撑的变形型式的不同而采取不同的计算方法。当支撑的变形型式为剪切型时用 D 值法,当支撑变形型式为弯曲型时用与框架协同工作的位移法。重点就剪切型支撑计算中如何考虑弯曲变形的影响,弯曲型支撑如何考虑剪切变形的影响以及框架因整体弯曲产生的柱轴向变形的影响作了进一步分析,从而提出在结构分析中的若干改进措施。