塔里木软岩层蠕变规律实验研究

塔里木软岩层对套管的影响主要表现在油井穿过岩盐等软岩层时常发生阻卡和套管损坏等现象，使得固井质量及油井寿命大为降低，经济损失十分严重。为较好地解决这个问题，软岩层蠕变规律试验研究是一项重要的基础工作。为此，研制了能进行温度加热、加压和控制的常规三轴压缩蠕震实验装置，利用此装置对塔里木软岩层试样进行了各种温度、压力条件下的常规三轴压缩蠕变实验研究，得到不同温度和压力水平下的岩石蠕变试验曲线，用经验公式对实验结果进行拟合，得到在不同温度软岩层材料随时间变形的规律。研究结果对生产实践有重要的指导意义。     

孔隙水压力对软岩蠕变规律影响的实验研究

利用带有压力密封仓的三轴蠕变仪进行了不同孔隙水压力条件下软岩蠕变试验,通过最小二乘回归分析对蠕变方程进行了参数识别.研究表明：孔隙水压力对软岩蠕变影响显著,主要体现在初始应变量和弹性参数的变化;不同应力水平作用下,软岩蠕变存在着明显的应力阙值,在高应力水平作用时,蠕变表现为完整的3个阶段,稳定蠕变阶段比较短暂.     

层状盐岩高温蠕变特性研究

层状盐岩的高温蠕变特性是地下处置库稳定性研究的关键问题所在。通过对层状盐岩进行70℃、90℃、110℃高温蠕变特性试验,研究了温度及偏应力对蠕变率的影响,根据蠕变曲线及试验参数,回归出了稳态蠕变率本构方程,并拟合了试验参数,为我国核废料硐室处置库的建造及稳定性分析提供理论依据。     

溶浸作用下钙芒硝盐岩蠕变特性研究

在原位溶浸开采过程中,钙芒硝长期在应力、水的作用下,其岩体强度不断发生变化,上覆岩层逐渐失去钙芒硝的承载作用。为了研究开采过程中钙芒硝的蠕变特性,采用三轴岩石力学试验机,通过物理试验方法,进行了轴压5 MPa、围压4 MPa、不同渗透液浓度条件下的钙芒硝三轴蠕变试验。研究结果表明:钙芒硝的溶解具有显著的浓度效应,该效应对其蠕变变形有很重要的影响。在蠕变初期,蠕变应变随渗透液浓度的增大而减小,在蠕变后期,蠕变应变随渗透液浓度的增大而增大;当渗透液分别为饱和氯化钠溶液、半饱和氯化钠溶液、淡水时,钙芒硝分别经历336 h、101.7 h、67.2 h的蠕变后,其蠕变应变分别为0.1335%、0.051%、0.04%。     

层状盐岩力学特性及蠕变破坏模型

以湖北云应盐矿地下600～700m的含泥岩夹层的层状氯化钠盐岩试件为研究对象,进行常规力学实验和不同应力批次下的单轴压缩蠕变试验,发现层状盐岩是一种特殊的组合软岩,其弹性模量比较少,盐岩层横向变形能力很大.蠕变试验得出:(1)在充分长的蠕变时间内,层状岩盐蠕变的衰减蠕变阶段、稳态蠕变阶段、加速蠕变阶段显现明显,且加速蠕变阶段持续时间较长;(2)在稳态蠕变阶段出现了夹层内陷和盐岩层外鼓现象.这种不协调蠕变将导致层面的剪切错动.建立层状岩盐蠕变破坏模型,定义层状盐岩蠕变损伤变量为盐岩试件环向拉应变与盐岩的极限拉应变之比,从理论上揭示了夹层与盐岩层蠕变特性的差异而导致盐岩层蠕变破坏机理,较好地解释了夹层首先劈裂破坏,带动盐岩互层张拉裂纹扩展的实验现象.     

含夹层盐岩蠕变特性试验及其本构关系

为了解某拟建盐穴储库围岩含夹层盐岩的蠕变特性,对该库址含泥岩夹层盐岩、纯泥岩和纯盐岩3种岩芯试样进行了不同围压下三轴压缩蠕变试验,分析了其蠕变变形规律。实验结果表明：含夹层盐岩初始蠕变阶段的持续时间大于泥岩试件而与盐岩试件基本相同,即第1蠕变阶段的持续时间主要由层状盐岩试件中盐岩体部分决定;第2蠕变阶段的稳定蠕变速率则随着泥质夹层含量的不同呈现较大的差异,在相同应力条件下,含泥质夹层盐岩试件的蠕变速率小于盐岩而大于泥岩。根据3种岩样第2蠕变阶段的蠕变特性,基于含泥质夹层盐岩试件中泥质夹层的体积分数,推导了含夹层盐岩蠕变力学参数与纯盐岩及纯泥岩蠕变参数的关系。     

盐岩蠕变特性及其非线性本构模型

为了研究盐岩的蠕变特性,利用RLW-2000岩石流变试验机对盐岩试件进行了三轴压缩分级加载蠕变试验。试验结果表明:在围压一定的情况下,随着轴向应力增大,盐岩瞬时应变、蠕变应变以及蠕变速率等均随之增大,同时进入稳态蠕变阶段所需要的时间逐渐延长;等时应力-应变曲线显示,盐岩蠕变具有非线性特征,且其非线性程度与蠕变时间和应力水平有关,蠕变时间越长、应力水平越高,非线性程度越高。基于非线性流变力学理论,提出了一种非线性黏滞体,其黏滞系数是所加应力水平和蠕变时间的函数,将非线性黏滞体替换常规Burgers模型中的线性黏滞体,建立了可描述盐岩非线性蠕变特性的MBurgers模型,并根据盐岩蠕变试验结果,采用曲线拟合法对MBurgers模型的参数进行了反演识别。拟合曲线和试验曲线对比显示,两者吻合良好,误差较小,说明该模型可以描述盐岩的蠕变特性。     

钙芒硝盐岩多场耦合作用下蠕变的温度效应研究

为了研究温度-溶浸-应力耦合作用下钙芒硝盐岩蠕变的温度效应,利用自主研发的三轴岩石力学试验机,进行了围压4 MPa、轴压5 MPa、不同温度(30,60,90℃)、不同渗透压(3,2,1 MPa)条件下的三轴蠕变试验,并在试验前后对试件进行CT扫描,分析了不同蠕变过程中温度对钙芒硝蠕变变形的影响。结果表明:溶浸连通过程,对钙芒硝盐岩蠕变变形起主要作用的是渗透压和温度,渗透压越小且温度越高,蠕变应变越大;饱水蠕变过程,温度和有效应力是影响蠕变变形特性的主要因素,随温度的升高蠕变应变逐渐增大,但其增加幅度逐渐减小。在72 h的饱水蠕变过程中,渗透压为2 MPa时,30,60,90℃条件下的蠕变应变分别为0.009 5×10~(-2),0.014 4×10~(-2),0.019 5×10~(-2),渗透压为3 MPa时,分别为0.001×10~(-2),0.003×10~(-2),0.007×10~(-2);排水蠕变过程,影响钙芒硝蠕变变形的主要因素是温度-溶浸-应力作用的历史过程对钙芒硝固体骨架力学性能的弱化程度和温度对蠕变过程的热损伤作用,随温度的升高蠕变应变和其增加幅度都逐渐增大;基于非线性流变力学理论,对广义开尔文模型进行改进,根据蠕变试验结果,采用曲线拟合法对改进后模型的参数进行反演识别,结果与实测数据吻合效果良好,说明改进后的模型可以较好的描述钙芒硝在温度-溶浸-应力耦合作用下的排水蠕变过程。     

含水率对岩石蠕变规律影响的试验研究

通过对不同含水状态页岩岩样三轴蠕变实验结果和与实验结果相符合的蠕变模型参数进行分析,得出了含水状态对岩石蠕变影响的规律,并对影响岩石蠕变的因素进行了探讨,结果表明,含水率和应力差是影响岩石蠕变的重要因素.     

软岩巷道蠕变与湿度应力场耦合研究

通过对龙口北皂矿H2101海域工作面矿区煤层底板矿物成分分析、岩样的膨胀性试验以及对巷道底板含水状态和围岩蠕变的实测,得到有关软岩巷道的围岩岩性参数和实际蠕变规律。运用湿度应力场理论的数学模型方法对软岩巷道的遇水软化和膨胀特性进行了分析,根据湿度应力场理论推导出膨胀软岩本构方程,在实际软岩巷道围岩稳定性控制中得到了应用。     

深部采动影响下覆岩蠕变损伤破坏规律

基于自主研发的RLW-2000M微机控制煤岩流变仪,对煤层顶底板岩石试件进行了卸围压蠕变及周期加载蠕变实验,得出了岩石试件在采动应力影响作用下的黏弹性变形特征。采用Burgers体模型对采动影响下的岩石蠕变损伤破坏机理进行了理论分析,建立采动影响下的覆岩蠕变损伤模型,研究了煤层顶底板岩体在采动影响下的破坏规律,将利用FLAC3D数值模拟软件和钻孔成像技术对理论模型进行验证。研究结果表明,建立的煤岩蠕变损伤模型可较好地反应岩体蠕变损伤破坏特征。研究成果揭示了中国平煤集团十矿戊9-10煤层顶底板岩体的蠕变损伤破坏特性。     

盐膏层钻井工程实践研究

针对家3区块大段盐膏岩层段的地层特征,首先对从地层中取出的盐膏岩岩样进行实验室模拟地层实验研究,得出盐膏岩的蠕变规律。根据实验结果进行工程实践,对工程实践中需要注意的问题进行总结,工程质量明显提高,工程周期大幅缩短。     

软岩蠕变的温度效应及实验分析

以砂岩为例，扩展到软岩，认为软岩蠕变是“强化作用”和“弱化作用”动态变化的过程，蠕变的各阶段发生与否和“弱化”“强化”强度对比有关。通过包含温度的砂岩单轴、三轴蠕变实验，并进行数据分析，得到结论：软岩蠕变的发生，力是主导因素，热是辅助影响因素，进一步地，应力差是主导因素。温度升高，软岩蠕变总量、起始蠕变量、瞬时热应变、蠕变速率都增大。因此，在深部软岩工程的设计中，应考虑岩体蠕变的温度效应。     

海域第三系软岩巷道围岩蠕变控制研究

根据岩石和围岩的蠕变机理以及软岩流变控制原则,建立海域第三系软岩巷道围岩蠕变最优支护计算方法,求出软岩支护的两个重要参数,即最优(小)支护力和围岩最大允许变形量。     

夹层力学特性对盐岩储库稳定性影响的模拟分析

针对在层状盐岩构造中修建储库时,夹层对储库长期稳定性具有重要影响这一关键问题,建立储库三维单腔模型,通过数值试验,讨论了含不同厚度软、硬夹层的盐岩储库在不同运行内压长期作用下的稳定性,详尽分析了各种工况下的腔体收缩率,围岩塑性区及腔体最大位移分布。结果表明:随腔体含软夹层厚度增大,腔体收缩率呈略微上涨,而随硬夹层厚度增大,则出现较明显的下降。软夹层厚度的变化对围岩塑性区影响并不明显,硬夹层厚度的变化则会带来比较明显的影响,且含软、硬夹层腔体塑性区分布在夹层处存在显著差异,另外软夹层对塑性区的影响要比硬夹层小得多,且塑性区对随内压增加而减小的现象反应更为敏感,硬夹层在低压下比软夹层更容易破裂。含软夹层腔体最大位移量发生在夹层处,含硬夹层腔体最大位移量发生在盐岩处。最后综合分析发现,小厚度的硬夹层,大厚度的软夹层,对腔体的稳定性更为不利。     

冻结软岩的非线性弹性蠕变模型研究

采用分级增量加载方式,对冻结软岩进行单轴蠕变试验,试验结果表明,试件的弹性应力应变曲线呈非线性关系,对此引入非线性弹性元件对西原模型进行改进,建立非线性弹性蠕变模型,并对试验结果进行拟合,试验曲线与模型曲线较吻合,验证了模型的合理性。     

软岩巷道支护蠕变分析

根据粘塑性固体的蠕变分析，给出软岩巷道锚喷、锚注支护的力学机理，为煤矿软岩巷道的支护设计提供理论依据，并指出今后的发展方向。     

湖北省应城市盐穴地下储气库盐岩溶解性能试验研究

湖北省应城市西气东输二线云应盐穴地下储气库作为"西气东输"工程的配套工程,主要用于解决由于季节、气候变化造成的不平衡调峰以及管道意外故障的应急供气,具有重要的战略意义。通过对湖北省应城市西气东输二线云应盐穴地下储气库天然盐岩层32组盐岩试件进行溶解性能试验,探索盐岩溶解速率的影响因素。结果表明:①矿石品位高,盐类矿物的溶解面大,溶解速度快;②含石盐、钾石盐、芒硝等矿物比例越大,盐岩溶解速度越快,含石膏、硬石膏等比例越大越难溶于水,溶解速度越慢;③矿石结构紧密,溶解速度慢,矿石结构疏松,溶解速度快;④随着卤水浓度增加,溶解速率越来越小。本研究为进一步研究盐岩的流场和浓度场分布规律提供理论基础,为快速造腔提供基本的理论和实验基础。