液氮冷冲击煤的作用范围及力学损伤机理

低温流体液氮对煤冷冲击的作用范围、煤内部因温差形成的热应力变化规律及其对煤形成损伤的力学作用机理，均是液氮在煤岩增透领域应用中亟待研究的关键问题。利用非接触式全场应变测量装置、红外温度场测量装置和热电偶温度测量装置，测得开放环境下液氮冷冲击煤样钻孔后，钻孔周边煤体温度场及应变场随冷冲击时间的变化规律。通过建立包含弹性模量、泊松比、热膨胀系数、测点温差及测点所在半径参数的热应力模型，设计实验测得模型各参数并代入其中求解，计算得到煤岩内部不同位置处的热应力及其随冷冲击距离和时间的变化规律，并针对3类不同变质程度煤的上述规律进行对比。研究结果表明，在液氮冷冲击过程中，3类煤样内部各测点处的温度均呈现出快速降低—缓慢降低—稳定的变化规律，各测点处的热应力均经历了快速增长—缓慢增长—无增长3个阶段。距离冷冲击钻孔越近，相邻测点间的温度相差越大，所产生的热应力越大。液氮冷冲击1 800 s后，3类煤样各测点处的热应力均基本达到稳定阶段，距离冷冲击钻孔1 cm处所产生的热应力均≥1.84 MPa。液氮冷冲击能够使煤内部产生4类变形进而对煤造成损伤，其中“因压致拉”所产生的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类变形及3者相互组...     

高温作用下五峰组–龙马溪组页岩动力学特征及损伤演化规律研究

甲烷原位燃爆压裂是一项变革性页岩气储层压裂改造技术，压裂过程井周储层受到高温–冲击波协同作用，研究高温作用下页岩动力学特征及损伤演化，对揭示页岩储层燃爆压裂的致裂增透规律具有重要意义。综合运用热重分析仪、马弗炉、分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)技术，对经历不同高温热损伤的页岩试样进行动态冲击实验，得到了页岩动力学特征随温度的演化规律，构建考虑热损伤和压密阶段的页岩动态损伤本构模型，并通过实验数据进行验证，最后利用扫描电镜(SEM)分析高温作用下页岩动力学特性演化的微观损伤机制。结果表明，随温度升高，页岩表面逐渐出现连通裂隙，且高温热效应导致该页岩中水分散失，黏土矿物改性，白云石、方解石等主要碳酸盐矿物热分解，孔、裂隙结构发育连通，综合导致随温度升高页岩损伤劣化作用明显。试样动态冲击破碎形态随温度升高逐渐由单一裂缝转变为粉碎型破坏，碎块平均粒度、动态抗压强度和弹性模量先小幅增大，随后迅速降低；破碎分形维数、平均应变率和能量吸收比先降低后升高，700℃高温作用下页岩动力学特性显著劣化。这说明，燃爆压裂的高温–冲击波协同作用有利于构建页岩储层井周...