储层条件下致密砂岩动静态弹性力学参数实验研究

岩石动、静态弹性参数之间存在差异,开展储层条件下岩石动、静态弹性参数实验,确定动、静态弹性参数转换关系,对储层压裂改造有重要的实际意义。利用NER公司的Auto Lab 1500对苏里格气田致密砂岩进行模拟储层条件(包括地层温度、压力)下的岩石力学性质测试。结果表明:(1)同一批岩样,相同测量条件下测量得到的动态杨氏模量大于静态杨氏模量,且动态杨氏模量与静态杨氏模量有较好的线性关系,动态泊松比大于静态泊松比,但无明显相关性。(2)同一块岩芯,纵、横波速度随围压增大而增大,随温度升高而减小;动、静态杨氏模量随压力的增大而增大,动态杨氏模量随温度增大而减小,静态杨氏模量随温度升高而增大;动态泊松比随围压增大而减小,随温度升高略微减小,静态泊松比随围压增大而增大,随温度升高减小明显。对产生这种现象的机制进行分析,并确定在不同温度、压力条件下动、静态弹性参数之间的转换关系,为苏里格地区致密砂岩储层地层条件下岩石力学性质的研究提供了基本参数,对制定油气层的压裂施工方案提供参考依据。     

超声波法测定冻土动弹性力学参数试验研究

运用UVM -2型声速测定仪 ,测定了不同含水率的冻结砂土、冻结黄土和冻结黏土在不同温度下的超声波波速 (纵波波速和横波波速 ) ;根据弹性理论 ,利用所测得的超声波波速 ,计算了被测冻土试样的动弹性力学参数 (动弹性模量E、动剪切模量G和泊松比 μ)。计算结果表明 :冻土的动弹性模量和动剪切模量随着温度的降低而增加 ,它们之间的规律可用一个统一的方程来描述 ;冻土的动泊松比随着温度的降低而减小 ;在低含水率范围内的冻结黄土 ,其动弹性模量和动剪切模量随含水率的增加而增加 ,在高含水率范围内的冻结黏土 ,它们则随含水率的增加而减少 ;冻土的动泊松比随含水率的增加而增加。     

大理岩阻尼参数与动弹性参数的动三轴试验研究

 首次利用MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统,在不同围压下对大理岩进行阻尼参数及动弹性参数的动三轴测试研究。波形为正弦波,频率3 Hz,振动循环30次,动应力上限与下限分别为相应围压下试样抗压强度的0.6倍和5.09 MPa。试验结果表明,大理岩阻尼比、阻尼系数随循环周次的增加而减小,随围压的增大而增大;动弹性模量随循环周次的增加而增大,随围压的增大而减小;各围压下动弹性模量均大于静弹性模量,动泊松比均小于静泊松比,且围压越大,二者差值越大;大理岩在30循环周次以内动荷载作用下,其力学性质会逐渐强化。     

海湾相有机质浸染砂的动力特性试验研究

海南省沿海地区分布着一种特殊的海湾相有机质浸染砂,为研究其动力特性,利用动三轴仪进行了不同围压和含水率下的动力变形特性及动强度特性试验研究。分析含水率、围压对其动应力-动应变关系、动弹性模量、阻尼比的影响。试验结果表明：在动应变不变的条件下,动应力随含水率的增多而减小,随围压的增大而增大;动弹性模量在含水率变化时,变化趋势较平缓;阻尼比随着动应变的增加而增大,随含水率的增大而减小。在围压改变时,阻尼比的变化不明显。为海南省海湾相有机质浸染砂地区构筑物的动力计算参数的选取提供参考依据。     

超声纵波测量冻土动弹性模量的试验研究

超声波在介质中的传播速度反映了介质的物理力学性质。本文运用普通纵波换能器测定了不同含水率的冻结粉质粘土在不同温度下的纵波和表面波速度,从而测定并计算冻土的动弹性模量和泊松比。其中表面波速度采用的是一种用接收波波峰相关散点回归来计算的新方案,能够有效排除边界和底面反射波的影响。试验和计算结果表明：冻结粉质粘土的泊松比随温度升高和含水率增加而增大;动弹性模量在试验含水率的范围内随含水率的增大而减小。     

围压对横观各向同性砂岩弹性参数的影响

通过层理面角度为0°、45°和90°的长方体砂岩试样的单轴和三轴试验,直接测量了不同围压下砂岩的5个独立的横观各向同性弹性参数:弹性模量E,E′;泊松比ν,ν′;剪切模量G′。测得了前人难以测量的不同围压下的ν和G′值,得到了横观各向同性弹性参数与围压之间的函数关系,并揭示了弹性参数随围压变化的力学机制。试验结果表明,随着围压增大,弹性模量增大,泊松比减小,剪切模量增大。当围压超过30 MPa时,2个垂直方向的弹性模量、泊松比和剪切模量分别趋于相同值,表现为各向同性。由此可以推断:该砂岩的横观各向同性由内部微裂纹在平行于和垂直于层理面方向分布不均引起,围压升高造成裂纹闭合,最终导致各向异性消失。岩石的裂纹闭合效应可以用裂纹密度来定量评价与描述。     

多相岩石弹性特征的试验研究及其在地层评价中的一些应用

弹性特征是岩石的基本物理特征,是弹性波传播和岩石力学问题分析的基础.岩石是矿物的集合体,是典型的多相混合介质.岩石的性质不仅取决于构成岩石的固相和流体的特征,还与固-流两相的排列方式有关.本文将岩石视为多相体,从各组成相的弹性特征和组成相之间的相互作用来研究岩石的弹性特征.(1)开展了多相岩石固相体积模量的试验测试.利用"不套封”压缩试验测试了砂岩、花岗岩和熔融氧化硅的固相体积模量.测试表明,砂岩的固相体积模量可在38GPa左右发生较大变化,与岩石固相的组成成分和胶结物的构造位置等因素有关.(2)开展了岩石中流体弹性特征的试验研究.建立了流体PVT和波速测试系统,在不同温度、压力下,对41个原油样品(主要是含气原油)的密度、波速、压缩系数、热膨胀系数、体积模量以及它们之间的关系进行了试验研究.测试发现,原油的弹性特征取决于其组成成分(溶解油气比RS、原油重度API及气体重度)和热力学环境(温度T和压力P);溶解气对原油弹性特征有很大影响,气体溶于原油将大大降低原油的密度、模量和波速,并使温度、压力对流体弹性特征的影响更加显著;在测试数据范围内,密度随压力线性增大,波速随压力呈现拟线性增大,温度的作用与压力相反;原油的静态(PVT)与动态(波速)弹性参数间存在较强的相关关系,二者之间可以进行相互转换.通过回归分析,建立了原油密度、波速、等温压缩系数、等温体积模量、绝热体积模量和等压热膨胀系数经验关系式.(3)利用弹性波速研究了多相岩石弹性特征的变化规律.得出岩石波速和弹性模量均随有效应力的增大而增大,增大的梯度在低应力下较高,在高应力下趋于一常数值.干燥岩石对有效应力更加敏感,液体饱和可大大增加岩石的纵波波速和体积模量,但对横波波速和剪切模量影响很小.干燥岩石动态泊松比随应力增大而增大,而除了很低的应力下的数据外,饱和岩石动态泊松比几乎不随应力而变,且高于干燥岩石的动态泊松比.弹性波速、弹性模量均随孔隙度的增大而减小,动态泊松比随孔隙度的增大而增大.在三轴应力下,对岩石动静态弹性参数进行了同步测试,发现,岩石动静态弹性参数有所不同,一般岩石动态模量高于静态模量,测试样品的静、动态杨氏模量之比大多为0.6～0.8.动静态弹性参数差别的本征原因是岩石内部存在裂隙与孔隙流体,外部原因为载荷的应变幅值和频率的不同.Biot孔隙弹性系数也存在动静态的差别,静态值比动态值大,动静态Biot系数均随孔隙度的增大而增大,并随围压的增大而减小.(4)建立了多相岩石弹性特征经验关系式.利用多元非线性分析,对Han和Freund的室内弹性波速测试数据进行了回归,给出了有效应力对水饱和及干燥砂岩弹性波速影响的经验关系式.在临界孔隙度分析的基础上,提出了多相岩石弹性参数通用经验关系式,可用于预测模量、Biot系数、孔隙压缩系数等,也可用于预测强度参数.并利用该经验关系式,对Holbrook地层破裂压力经验关系式进行了修正.(5)将多相岩石弹性特征用于钻井地层评价中.提出了新的地应力计算经验关系式,分析了井眼周围地层中的应力分布以及井壁失稳的力学机理;分析了泥页岩水化膨胀基本规律;建立了固液耦合井壁稳定有限元分析模型;建立了利用测井资料进行钻井地层评价的方法和软件;结合SZ36-1油田进行了岩石弹性和强度特征、地应力和井壁稳定性评价.     

人造多晶冰的动力学参数试验研究

基于低温动三轴试验,研究人造多晶冰在轨道交通分级循环荷载作用下的本构关系与动力学参数指标。在不同负温、频率条件下,考察试件轴向动应力-应变关系曲线,获得冰的动力本构关系可以用线性黏弹性模型描述;动弹性模量随着温度的升高而降低,随频率增大而增大;黏性系数随着温度的升高而增大,随频率增大而减小的结论;并合理解释了温度、频率对冰的动力学参数指标的影响机理。     

青岛第四纪冲洪积粉质黏土的动力特性研究

通过对青岛城区第四纪冲洪积粉质黏土原状土样进行大量动三轴试验,研究了在不同固结条件下此类粉质黏土的动弹性模量、动剪切模量及阻尼比等一系列的动力特性.试验结果表明:青岛第四纪冲洪积粉质黏土的应力-应变关系符合双曲线模型.土的动弹性模量随动应变的增大而减小,随围压的增大而增大.土的动剪切模量随剪应变的增大而减小.每个模型土的初始动剪切模量G0和最大动剪应力τy与轴向固结应力间均有良好的幂函数关系,且对不同固结状态归一.阻尼比随剪应变的增大而逐渐减小,且当γd接近0.002时趋于稳定,围压和固结比对阻尼比的影响较小.     

冻结黏土动态力学特性的SHPB试验研究

通过使用分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar,简称SHPB）动力学试验,系统研究了不同应变率、不同温度和不同含水率条件下冻结黏土的动态力学特性,获得了冻结黏土的动态应力-应变关系以及相关冻土动力学参数的变化规律。试验结果表明：冻土具有明显温度效应和应变率效应,随着应变率的增加和温度的降低,冻土破坏过程从塑性破坏逐渐转变为脆性破坏。在冲击荷载作用下,冻土的动态应力-应变关系曲线随加载应变率的不同呈现3种典型曲线,冻土的最大应变与且仅与应变率呈线性递增规律;单一因素影响下,冻土的动强度、动弹性模量均随应变率的增大、温度的降低和未超过饱和状态的含水率的增大而增加。