基于煤岩割理正交各向异性的煤层气产能预测

考虑煤岩面割理和端割理两个方向不同渗流性质,建立了煤岩割理正交各向异性数学模型,通过引入煤岩弹性模量折减系数解决了煤岩割理刚度较难测定的问题。基于该模型对鄂尔多斯盆地东部煤层单井产能进行了模拟计算,分析了割理渗透率正交各向异性系数、煤层厚度、煤层孔隙度和含气量等参数对煤层单井产能的影响规律。计算结果表明:煤层气单井产能随着渗透率正交各向异性系数、煤层厚度和含气量增加而增大,随着煤层孔隙度的增加而减小。     

基于煤岩割理正交各向异性的煤层气渗流模型研究

考虑煤岩面割理和端割理两个方向不同渗流性质,建立了煤岩割理正交各向异性数学模型,通过引入煤岩弹性模量折减系数有效地解决了渗透率模型中煤岩割理刚度较难确定的问题。基于该模型对鄂尔多斯盆地东部煤层单井产能进行了模拟计算,分析了割理渗透率正交各向异性系数、煤层厚度、煤层孔隙度和含气量等参数对煤层单井产能的影响规律。计算结果表明：煤层气单井产能随着渗透率正交各向异性系数、煤层厚度和含气量增加而增大,随着煤层孔隙度的增加而减小。     

基于灰关联分析的加筋土挡墙频率敏感因子

加筋土挡墙振动频率反映其抗震性能,基于ABAQUS建立了加筋挡土墙频率计算有限元模型,计算5种工况下结构体系的前三阶频率,发现墙后土体弹性模量对结构体系的振动特性影响较明显.引入灰关联分析法,以填土弹性模量、泊松比、重度等5个参数为影响因素,分析其与振动频率之间的关联度,得到加筋挡土墙振动特性敏感因子.通过算例分析得到:加筋挡土墙振动特性对土体的弹性模量变化最敏感,其次为内摩擦角,对填土泊松比、重度、黏聚力敏感度较低;土体弹性模量与振动频率呈线性关系,而内摩擦角与振动频率呈二次函数关系,内摩擦角为32°时频率变化最为敏感;两个敏感因子对三阶振动影响趋势是一致的,即先增加后减小,再增加.泊松比、填土重度、黏聚力对振动频率的影响不规律.     

孔隙含气压力对不同孔隙结构砂岩声学属性的影响

为研究孔隙含气压力对不同孔隙结构砂岩声学属性的影响,以大港油田3块不同孔隙结构砂岩为研究对象,利用自研的实验装置在多个含水饱和度点测量了砂岩纵波波形、幅度和速度随孔隙含气压力的变化。定义了1个声波幅度衰减变量I来表征首波幅度的衰减。结果表明:随着孔隙含气压力的增加,声波幅度下降,波形后移,中高孔渗砂岩在低含水饱和度下的声波波形甚至发生一定程度的畸变。变量I与含气压力呈线性负相关,且孔隙结构越好,含水饱和度越低,线性负相关关系越好,随着孔隙结构变差,含气压力降低,声波幅度的衰减减弱。砂岩的纵波速度随孔隙含气压力的增加而降低,在含气压力小于5 MPa时,纵波速度随含气压力的增加缓慢下降,含气压力大于5 MPa后,纵波速度随含气压力的增加而快速下降。岩心孔隙含气压力增大后,与声波幅度衰减相比,纵波速度变化不明显,纵波幅度的衰减对含气压力更敏感。砂岩孔隙含气压力增大所造成的声波衰减主要由黏滞性吸收衰减所引起,含气压力的增加对岩石体积模量和体积密度影响较小,纵波速度的变化主要是由有效应力减小造成岩石孔裂隙张开和颗粒接触刚度减小所引起。实验结果可为砂岩地层的含气性评价和孔隙含气压力预测提供借鉴。     

页岩失水过程中声电特性的试验研究

实验室利用岩心气驱水试验来探究页岩失水过程中的超声波速度、电阻率变化规律及其相互关系。结果表明：（1）随着含气饱和度的增加,页岩纵波速度线性减小,下降幅度为9.1%,而横波速度线性增加,增加幅度为16.2%,横波速度对含气饱和度变化更加敏感。（2）将完全饱和的岩石模拟为水层时,波速比随含气饱和度的增加而线性减小,在大于50%含气饱和度时,减小幅度增大,说明储层逐渐由含水层向含气层过渡。（3）页岩的电阻率随着含气饱和度的增加呈指数函数递增,而岩石介电常数则随着含气饱和度的增加而呈指数函数减小。（4）当 <50%时,电阻率随含气饱和度增加了4.3倍,而当 >50%时,电阻率增加了10倍;介电常数变化规律则相反,当 >60%时,介电常数几乎不变,由此可判断当电阻率增加幅度增大,介电常数几乎不变时,则可认为储层已由含水层逐渐向含气层过渡。（5）随着岩心电阻率的增加,纵波波速呈对数函数增加,而横波波速以对数函数递减。利用页岩失水过程中波速、电阻率的变化规律及其相互关系,对实际工程中进行含气储层的识别与评价具有重要意义,但在实际应用时还需结合其他相关参数才能更准确地评价储层。     

煤岩交界面对水力压裂裂缝扩展的影响

针对井下煤层压裂过程中,压裂裂缝扩展至煤岩交界面处,受多种力学因素的综合影响,扩展方向可能会发生偏转.通过建立压裂裂缝遇煤岩交界面二维模型,采用理论分析结合数值模拟的方法,对煤岩交界面的破坏机理及压裂裂缝扩展规律进行研究.结果表明:煤岩交界面与水平剖面的相交角、水平主地应力差、最小水平主地应力、煤岩交界面的黏聚力及煤岩层弹性模量差异等是影响裂缝扩展方向的主要因素.随着相交角或水平主应力差的增加,裂缝直接穿过煤岩交界面的可能性增加;最小水平主地应力越大,裂缝直接穿过煤岩交界面的可能性越小;煤层交界面的黏聚力越小或煤层与顶板岩层的弹性模量差异越大,裂缝沿煤岩交界面扩展的趋势越明显.     

新拌混凝土含气量影响因素

针对目前混凝土施工过程中影响新拌混凝土含气量的一些因素,采用理论分析和正交试验的方法,对混凝土坍落度、搅拌机充盈率及粗骨料最大粒径等因素对新拌混凝土含气量的影响进行了研究.结果表明:在不同坍落度的条件下,随着搅拌机充盈率的增加,新拌混凝土含气量呈缓慢下降趋势,当充盈率值增大到0.32时,含气量明显下降;在不同坍落度的条件下,随着混凝土粗骨料的最大粒径增加,含气量迅速减小,最大粒径越小,含气量明显增大;当坍落度过小或过大时,含气量都降低.     

撒布式混杂钢纤维再生混凝土力学性能

为了研究撒布式混杂钢纤维再生混凝土的力学性能,以混杂钢纤维撒布层数和掺量为参数,对混凝土试块进行抗压、劈拉及弹性模量试验。结果表明:随着混杂钢纤维撒布层数的增加,抗压强度整体变化不大,劈拉强度逐渐呈现上升趋势,弹性模量、拉压比、弹强比随层数变化规律不明显;但弹性模量均较普通再生混凝土降低,拉压比均较普通再生混凝土增大,弹强比有增大也有减小;随着混杂钢纤维掺量的增加,抗压强度先增大后减小,劈拉强度、弹性模量逐渐增大,拉压比、弹强比先减小后增大。撒布混杂钢纤维层后,再生混凝土的破坏由脆性转变为具有一定的塑性。     

利用弹性模量计算含气饱和度方法研究

利用弹性模量计算地层含气饱和度丰富了利用测井资料对储集层进行解释、评价的手段,提高了含气饱和度这一重要参数的解释精度。由阵列声波测井资料得到的纵、横波速度信息以及密度信息可以计算出岩石弹性模量参数。根据Gassmann方程所描述的低频情况下岩石颗粒、岩石骨架和流体体积模量与不同孔隙组分饱和度之间的关系,建立了含气饱和度与地层饱含气、饱含水时岩石骨架体积模量与剪切模量的关系方程,从而得到基于弹性模量的地层含气饱和度计算模型。实际测井资料解释处理结果与试油资料符合,验证了方法的可行性。     

水和围压下片岩变形各向异性及其应用研究

为探讨在不同应力条件和含水状态下,片岩变形各向异性变化特征及隧道围岩变形响应规律,制备α=0°、α=45°、α=90°三种代表性片理倾角的天然与饱和武当群片岩试样,采用三轴压缩试验分析在水和围压因素影响下,片岩弹性模量、泊松比等变形参数及变形各向异性演变特征。基于试验结果,建立隧道围岩的等效各向异性模型,模拟分析片岩变形各向异性与隧道围岩位移之间的变化关系。结果表明:片岩弹性模量、泊松比与围压呈正相关;饱和状态下,围压对变形各向异性有明显弱化作用;饱水后,片岩弹性模量减小而泊松比增大,变形各向异性有显著增强趋势;天然状态各向异性对围岩变形影响强于饱和状态;饱和状态下,随埋深增加,围岩变形对各向异性更趋敏感,而天然状态埋深对二者关系影响较小。     

典型盐岩力学特性分析

通过单轴、三轴压缩实验及劈裂等实验研究了湖北云应、江苏淮安和河南平顶山3 个地区层状盐矿岩样的短 期力学特性,并对不同地区及不同深度地层的纯盐岩力学特性进行比较分析。结果表明：（1）3 地区中单轴抗压强度 和弹性模量最大的岩样为泥岩和含泥岩的盐岩,而其泊松比却是最小的,证明了泥岩变形性能差的特性。含有不同杂 质的盐岩其抗压强度和弹性模量有所增加,其泊松比对杂质的变化不是太敏感。纯盐岩抗压强度、弹性模量和泊松比 随地层深度的增加而增大,取自较浅地层的岩样单轴实验有明显的压密阶段。（2）不同地区的岩样都有随围压的增大 峰值强度相应增大的规律。纯盐岩的内摩擦角基本都大于其他岩样的值,而黏聚力则都小于其他岩样的值。反映了纯 盐岩晶体颗粒大,含杂质少的特点。（3）不同地区的纯盐岩相对于其他岩样的抗拉强度最小。     

干湿和冻融循环作用下泥质白云岩宏观劣化研究

水岩相互作用是岩土工程及相关学科的研究热点。通过干湿和冻融循环试验,对泥质白云岩的力学特性劣化规律及扩容研究,取得了一定的成果。结果表明：(1)泥质白云岩在干湿和冻融循环作用下均会出现明显不均匀的强度劣化。60次循环作用下,干湿循环比冻融循环对岩石的影响更大。(2)冻融循环作用60次的岩样的抗压强度的总劣化度会随围压的增大而增大。(3)干湿和冻融循环作用下,屈服点(扩容点)与峰值点的应力比-围压呈线性关系。(4)60次循环作用下,低围压时,干湿循环岩样的泊松比大于冻融循环下岩样的泊松比,高围压时,冻融循环下岩样变形模量大于干湿循环下岩样的变形模量。     

塔里木盆地克深前陆冲断带储层岩石力学参数研究

综合采用岩石单轴压缩试验、三轴压缩试验及测井资料计算,对塔里木盆地克深前陆冲断带单井的岩石力学参数进行分析,通过单轴-三轴校正及动态-静态校正,确定静态岩石力学参数的单井剖面,利用高斯插值对岩石力学参数空间分布特征进行研究,并分析岩石力学参数与地层深度的关系。结果表明:岩石力学参数的空间分布主要与岩相有关,并在一定程度上反映了储层物性特征,弹性模量、内聚力和抗压强度大而泊松比小的区域储层物性相对更好;随着地层深度的增加,弹性模量、内聚力和抗压强度逐渐增加而泊松比逐渐下降;利用岩石力学参数与地层深度的关系以及断层带岩石力学参数的经验比例,可以对不同地质单元的岩石力学参数进行取值,为后续的地应力场及储层裂缝数值模拟奠定基础。     

页岩声学参数与力学参数相关性的试验研究

用实验方法探讨了页岩的波速和衰减系数与抗压强度、弹性模量,泊松比的相关性。结果表明:1纵波波速建立的力学参数模型比横波波速模型的相关性要好;2除纵波波速与弹性模量模型的相关性较好外,纵波波速反演抗压强度、泊松比的误差较大;3纵波衰减系数与弹性模量、泊松比、抗压强度分别呈正相关指数、负相关线性和负相关多项式关系,且纵波衰减模型比波速模型的拟合效果好;4综合考虑波速和衰减系数建立的抗压强度模型、弹性模量模型、泊松比模型比单一因素模型反演精度更高,纵波波速和衰减系数。综合模型的相关性系数均大于0.85,完全能满足工程需要。其中横波的波速、衰减系数的抗压强度模型与纵波的波速、衰减系数模型预测结果相近,可用以验证纵波抗压强度预测效果。     

循环应力对储气库岩石微观结构及力学性质影响数值模拟

针对储气库循环注采过程中循环应力对储气库岩石产生疲劳损伤的问题。利用颗粒离散元法建立岩心真三轴数值模型,根据岩心室内试验标定数值模型参数,然后对数值模型进行多周期等幅值轴向循环应力加载,研究循环应力对储气库岩石微观结构及力学性质的影响。结果表明:循环应力加载过程中,模型内生成的无黏结接触数量和微裂缝数量逐渐增多,而生成位置受原始裂缝控制明显,模型孔隙度逐渐减小,且模型内无黏结接触数量、微裂缝数量和孔隙度的变化速率均呈递减趋势;相同应力水平下模型侧向应变和轴向应变均增大,但侧向应变占主导地位;模型弹性模量逐渐降低,而模型泊松比和损伤量逐渐增加,且模型弹性模量、泊松比和损伤量的变化速率均呈递减趋势。     

岩石球砾与平板碰撞法向恢复系数

落石法向恢复系数是运动轨迹分析的关键参数。为研究碰撞速率和材料参数对落石法向恢复系数的影响,基于球板碰撞模型,在考虑材料弹塑性基础上建立岩石球砾法向恢复系数理论模型,并利用ABAQUS模拟球板碰撞过程,监测岩石球砾碰撞前后速率的变化。研究结果表明:数值模拟结果与理论计算结果吻合较好,最大差值在5%以内。随着碰撞速率的增大,岩石球砾法向恢复系数逐渐降低,且下降速率逐渐减小;球砾法向恢复系数随着弹性模量的增加而减小,随着弹性极限的增加而增大,且均呈线性关系;泊松比对球砾法向恢复系数影响较小。     

渗流-应力耦合及降雨入渗作用下的边坡稳定性分析

为了探究地下水和降雨入渗对边坡稳定性的影响,在分析强度折减法原理和渗流-应力耦合机理的基础上,建立了渗流-应力耦合数学模型;运用有限元数值模拟软件ABAQUS,计算出无地下水、有地下水以及地下水和降雨入渗共同作用三种工况下的边坡安全系数,并探讨了不同粘聚力、内摩擦角、弹性模量、泊松比、渗透系数、水头高度、降雨时间和降雨强度对边坡稳定性的影响。计算结果表明:地下水和降雨入渗会对边坡稳定性产生较大不利影响;边坡安全系数随粘聚力和内摩擦角的增大而增大,随水头高度、降雨时间和降雨强度增大而减小;而弹性模量、泊松比、各向同性的渗透系数对边坡安全系数几乎没有影响。     

基于压缩实验的酥梨果肉弹性模量和泊松比

为研究酥梨果肉的弹性模量和泊松比,制作了柱形酥梨果肉试样,开展了围压和无围压两组酥梨果肉压缩实验,得到了酥梨果肉的压力-位移曲线,通过计算获得酥梨果肉的真实应力-应变曲线、弹性模量和泊松比。当压缩应变在0~0.1范围内时,酥梨果肉的弹性模量随压缩应变呈增大趋势,而泊松比随压缩应变减小。在压缩应变为0.02、0.04、0.06、0.08和0.1时,酥梨果肉的弹性模量分别为6.19×10₅、9.63×10₅、1.28×10₆、1.56×10₆和1.81×10₆ Pa,泊松比分别为0.421、0.409、0.391、0.364和0.314。同时,建立了酥梨果肉压缩实验相应的有限元模型,对确定泊松比和弹性模量的实验方法的有效性进行了验证,对实验过程中摩擦的影响进行了分析,并应用测得的酥梨果肉弹性参数对实验过程进行了模拟,模拟得到结果实验结果符合较好。实验结果将为酥梨采摘、分选、包装和运输机械的设计提供设计依据。