CT实验条件下油页岩内部孔裂隙分布特征

为研究油页岩样内部三维正交面孔裂隙的分布特征,利用显微CT试验分析系统,对产自大庆的油页岩样进行显微CT扫描,结果表明:经过高温热解作用后,三维正交面上孔裂隙都非常发育,可作为热解产出油气的渗流通道,但分布特征却存在较明显差异,表现在孔隙度、空隙团、空隙团数量分形维数3个方面的参数值差异较大.与XOZ和YOZ面比较,在XOY面上,70层图像的孔隙度分布较均匀,空隙团的结构较规则.在油页岩原位注蒸气开采中,XOY面可作为为较适合的注热方向.     

油页岩高温CT实验研究

利用高分辨率显微CT实验系统,对农安、长庆和大庆的油页岩从100℃到600℃不同温度下的细观变化进行了CT测试。通过对比100℃与600℃三个矿区油页岩CT图像的变化,实验结果揭示农安油页岩随温度升高,首先会产生大量热破裂,但部分裂缝会在更高的温度下闭合;长庆的油页岩层理发育且密度大的矿物较多,随温度的升高,其内部的裂缝一直在增加。大庆油页岩更接近煤的热解模式,在高温作用下,会形成大量的连通空洞。与其他两矿油页岩相比,大庆油页岩在高温下孔隙、裂隙的发育最为明显。这种差异反映了油页岩油母成因的本质差别,这种不同将直接导致油页岩最终开采工艺参数选择的不同。     

油页岩热破裂及起裂机制试验

利用μCT225kVFCB型微焦点显微CT机对油页岩的热破裂过程进行三维无损伤观测,直观地分析裂隙萌生、发展的全过程,依据热弹性力学理论和试验结果,分析油页岩热破裂的起裂机制.结果表明:油页岩在低于300 ℃的低温段内,热破裂主要由热应力引起,裂纹主要沿层理方向胶结面发生,起裂的条件是热应力大于油页岩的强度极限;温度高于300 ℃后,在热应力和热分解化学反应的共同作用下,油页岩中的裂纹广泛发育,起裂条件是油母质化学分解反应所产生的扩张压力大于岩石的临界扩张压力;油页岩在两种起裂机制的作用下,最终在600 ℃时形成相互连通的裂隙网络,汇聚为油气的渗流通道,为油页岩的原位开采提供了可行性条件.     

高温及三轴应力条件下抚顺油页岩渗透规律试验研究

利用自主研发的WYF-I型高温高压热解反应装置及基于岩芯柱脉冲衰减法研制的Smart perm Ⅲ型气体渗透率测量仪,对抚顺西露天矿油页岩试件进行20～600℃范围内的热解试验,研究不同热解温度和应力条件下的油页岩渗透率变化规律。试验结果表明,油页岩热解过程呈明显阶段性变化。第一阶段:20～300℃,油页岩失重率和孔隙率变化较小,渗透率随热解温度变化不明显,体积应力对渗透率影响较小。第二阶段:300～400℃,油页岩失重率和孔隙率迅速增加,试件渗透率增加了24.3～92.4倍;体积应力对渗透率影响明显,当体积应力由13MPa增加至39MPa后,孔隙压力1MPa下的渗透率降低了22.23%.第三阶段:400～600℃,失重率和孔隙率进一步增加,但增速减缓,温度对渗透率影响减弱,400℃增加至600℃时油页岩渗透率仅增加了1.69～2.49倍;体积应力对渗透率影响增强,体积应力增加导致渗透率下降了32.84%～41.79%.研究结果对原位热解开采油页岩时热解温度的合理选取有一定的参考价值。     

热解无烟煤三维裂隙重构及定量表征研究

以晋城无烟煤为研究对象,利用μCT225 kVFCB扫描系统,在不同温度下对晋城无烟煤进行CT扫描,研究不同温度下裂隙发育状况。基于AVIZO三维可视化重构技术,对煤样内部裂隙进行提取。对单个裂隙进行了定量分析,对比了不同温度下热破裂和热解对裂隙发育的影响。实验结果表明:200℃时,微裂隙扩展形成长度L1 000μm的裂隙,在不同温度作用下,无烟煤孔裂隙的致裂原因不同;在常温300℃时,裂隙2发育剧烈,主要由热破裂引起,随着温度的升高无烟煤内部发生热解反应,裂隙发育主要受热解作用影响;400℃时,最大裂隙体积减小;600℃时,温度对裂隙发育影响最大,裂隙1和3相互连通扩展,同时次生裂隙生成。根据长度L的不同,晋城无烟煤内部裂隙分为3类:1μmL100μm; 100μm≤L1 000μm;L≥1 000μm.在不同温度作用下,综合单裂隙提取主裂隙面张量方向不同;随着温度的升高裂隙沿层理方向发育较快,其中在300℃与600℃时,裂隙空间发育最为显著。温度越高,三维裂隙体积变大,空间相互连通,渗透性增大,为煤层气抽采提供了高渗透性通道。     

高温蒸汽作用油页岩孔隙-裂隙结构演化规律实验研究

油页岩孔隙裂隙演化规律是影响对流加热方式原位流态化开采油页岩的关键影响因素。选取新疆巴里坤油页岩试样，首先利用自主研制的高温蒸汽作用实验系统对试样进行加热，然后采用显微CT和扫描电镜对不同温度作用后的油页岩的孔隙裂隙特征进行测试，并利用Avizo软件，对油页岩孔裂隙结构、内部渗流场特征以及表面微观特征随温度的演化规律进行了详细地研究，结果表明：1)原始状态下油页岩内部裂隙以微裂隙(100～500μm)为主，随着水蒸汽作用温度不断提高，微裂隙数量呈指数形式增长，同时孔径较小的小孔逐步转变为孔径较大的中大孔。2)随着水蒸汽作用温度增加，油页岩孔隙度显著增加，由常温状态下的2.7%增加到555℃时的16.2%,是常温下的6倍。3)随着热解温度的升高，油页岩内部连通的孔隙也不断增多，为高温水蒸汽以及热解产物的运移提供了良好通道，总体上平行层理方向的渗透率总是大于垂直层理方向的渗透率。4)油页岩渗透性存在明显的各向异性特征，当热解温度为314℃时，油页岩在平行层理方向与垂直层理方向的渗透率差异性最大，渗透率各向异性系数量级可达103.研究结论对调控水蒸汽对流加热原位开采油页岩油气的工艺参数具有重...     

不同冷却方式下ALC高温劣化损伤试验研究

为研究不同冷却方式下ALC在高温处理后性能劣化损伤情况,通过对不同温度、不同冷却方式处理后的ALC试件进行超声无损检测试验、静态力学性能试验、毛细吸水试验的方法研究了温度、冷却方式对其质量损失率、纵波波速、抗压强度、弹性模量、应力应变关系、能量耗散、毛细吸水性的影响。研究结果表明：ALC内各种水化产物受热分解,水分消散,体积膨胀,微裂隙增加,纵波波速减小,抗压强度减小,弹性模量降低,塑性提高,峰值应变增加,能量耗散不断提高,最大毛细吸水量增大;其应力-应变曲线的形状与普通混凝土相似,都经历了压密阶段、弹塑性阶段、破坏阶段、残余阶段。喷淋冷却试件相对于自然冷却试件在300℃前损伤较小,性能劣化程度较低,300~600℃时劣化损伤明显增大,毛细吸水性增长显著,600~800℃时不同冷却方式对ALC性能影响逐渐减小。可见,不同的冷却方式对高温处理后ALC有一定的影响,但随着温度升高,影响逐渐降低。     

基于CT扫描技术的不同压实度下沥青混合料细观空隙特性研究

【目的】深入了解压实不足对沥青混合料内部空隙细观结构的影响。【方法】以SMA-13试件为对象,通过调整压实次数制备不同压实度的试件。采用计算机断层扫描和图像识别技术精确识别空隙,探究不同压实度下的沥青混合料空隙细观结构特性,包括空隙数量、体积、主轴方向角和配位数。【结果】在沥青混合料成型过程中,受到外部击实功的影响,内部空隙的主轴方向逐渐趋向于稳定状态。此外,随着压实次数的增加,沥青混合料内的大部分空隙逐渐减小,但也存在一些相邻的开口空隙在逐渐结合后形成更大的开口空隙。最终,随着压实程度的提高,空隙的平均配位数减小,导致空隙连通性下降,整体空隙网络的复杂度逐渐减小。【结论】本研究旨在更好地理解不同压实度下沥青混合料空隙结构的细观差异,为沥青混合料的设计、评价和维护提供更为科学的依据。     

基于细微观试验的水泥乳化沥青混合料空隙特征

水泥乳化沥青混合料中的水泥和乳化沥青会发生相互作用,因而其空隙结构较普通热拌沥青混合料复杂.采用X射线断层扫描技术(CT)研究乳化沥青用量和水泥用量对混合料中细观空隙分布和空隙特征的影响,基于扫描电镜(SEM)进一步研究混合料中微观尺度的空隙结构.结果表明,随着乳化沥青用量的增大,混合料内部空隙尺寸有所减小,试件水平断面上的空隙总面积和平均单个空隙面积减小;水泥用量超过3％时,混合料的CT可视空隙率明显增大,且空隙中的大尺寸空隙比例增高;由于乳化沥青及水泥材料的相互作用,水泥乳化沥青混合料的内部空隙结构比传统热拌沥青混合料疏松.     

不同马歇尔击实方法乳化沥青冷再生混合料的细微观结构性能

采用工业CT无损检测技术(X-ray CT)和数字图像处理技术研究"30+45"、"40+35"、"50+25"、"60+15"、"75+0"五种马歇尔击实方法下乳化沥青冷再生混合料试件的内部的粗颗粒的颗粒主轴取向角和空隙特征分布特征;并通过统计分析提出数学模型对其进行表征。结果表明:马歇尔击实方式下乳化沥青冷再生混合料粗集料取向角基本符合洛伦兹分布,第二遍击实次数越多,粗集料取向角减小幅度越大,增大二次击实功虽然可改善乳化沥青冷再生混合料的颗粒分布结构;但远没有增大第一次击实功效果明显。"50+25"、"60+15法"空级配中大孔百分比明显减小,而小孔百分比显著增大,随着第二遍击实次数的减小,乳化沥青冷再生混合料平均孔径呈先减小后增大的变化趋势,马歇尔试件平均孔径与劈裂强度之间具有良好的线性拟合关系。二次击实可减小乳化沥青冷再生混合料内部的大孔,改善粗集料的骨架承载结构,综合考虑击实方法对乳化沥青冷再生混合料劈裂强度、粗颗粒存在形态以及细微观空隙分布特征的影响,推荐采用"50+25法"成型马歇尔试件。     

油页岩传热各向异性与原位传导热采模拟分析

【目的】油页岩原位开采过程中传热效率差,各向异性差异显著,油页岩原位开采中存在各向异性传热差异问题。【方法】以新疆巴里坤油页岩制标准样本试件,采取多种室内试验手段对不同温度下块状油页岩水平、垂直层理传热差异进行探究,并进行原位开采模拟。【结果】实验结果表明：1）随着温度升高,各层理方向热传导系数均呈“降低”趋势,但油页岩平行层理方向的热传导系数均大于垂直层理方向;2）随温度升高,比热容先升高再降低,当温度为400℃时,油页岩比热容值最大;3）结合显微CT图,随着温度的升高,裂隙增多对垂直层理方向热量传导的影响大于平行层理方向。基于上述实验测试参数,同时利用COMSOL软件建立油页岩储层原位电加热的“热-固”耦合模型,模拟结果表明：随加热时间的增加,各向异性传热差异逐渐开始呈现;当加热时间为120 d时,加热井附近区域温度上升,并未表现出明显的各向异性;当加热到600 d时,平行层理方向的传热区域明显大于垂直层理方向,呈“椭圆”状;加热到1 440 d时,传热区域小幅度增加,加热井控制区域页岩基本热解完成。     

注蒸汽原位开采油页岩热解温度确定及可行性分析

利用热重仪对新疆油页岩进行不同温度下的热解实验,结果显示热解温度高低和油页岩在特定温度下的热解时间都会明显影响到油页岩的失重率,热解新疆油页岩的最佳温度值为500℃;通过高精度显微CT实验系统对热解后油页岩的细观进行测试,得到注蒸汽原位开采油页岩是完全可行的结论,这对油页岩原位开采技术的发展具有重要意义。     

中国几种油页岩超临界萃取研究

实验采用非等温半连续过程,进行了油页岩超临界萃取研究。实验装置由海登教授提供,研究经费由教育部资助。已完成黄县、桦甸、抚顺和茂名四个矿八种油页岩样品实验。样品粒度为1.2—2.5mm,压力为10MPa,终温为550℃,升温速率为3K/min,溶剂为甲苯。油页岩萃取转化率为油母的55-86%,萃取物产率为油母的40-55%。以油页岩干基计算萃取转化率、萃取物产率以及气体产物产率随油页岩有机质含量增加而增大。萃取物开始生成温度介于300—400℃,生成速率峰值温度出现于420—450℃,温度高低与油页岩性质和萃取条件有关。气体产物在400℃以上形成,其主…     

水力耦合作用下三维中空裂隙扩展模式与材料破坏强度的试验研究

采用透明树脂类岩石材料制作含三维中空单裂隙试件,开展水力耦合破裂试验,研究三维裂隙起裂扩展模式,分析裂隙倾角和水压对裂隙起裂应力及试件破坏强度的影响规律。研究结果表明:三维中空裂隙的起裂和扩展模式与闭合裂隙相比差异显著,水力耦合下三维裂隙起裂扩展模式呈现低水压与高水压2种类型,水压升高对裂隙起裂、扩展具有显著的促进作用,并改变试件的破坏模式;随裂隙倾角增大,翼裂纹临界扩展长度逐渐减小,鱼鳍状裂纹的萌生时间呈后延趋势;水压对裂隙起裂应力和试件破坏强度的影响分别存在阈值,在达到阈值前,水压升高使起裂应力小幅度增大,而破坏强度逐渐降低;当水压超过阈值后,起裂应力与破坏强度均迅速降低;裂隙起裂应力和试件破坏强度均随裂隙倾角增大而呈先降低后升高的趋势,但起裂应力的变化幅度比破坏强度的变化幅度更大。     

晶化温度对微晶玻璃析晶行为和性能的影响

本文以铬渣和铜尾矿为原料,采用熔融法制备微晶玻璃,借助XRD和SEM等分析手段,系统研究了晶化温度对微晶玻璃析晶行为的影响;研究结果表明:随着晶化温度的升高,微晶玻璃的主晶相均为普通辉石,且晶体尺寸增大,晶核数量减少,同时微晶玻璃的表观体积密度和显微硬度呈先增大后减小的趋势,当晶化温度为860℃时,表观体积密度和显微硬度达到最大,其值分别为3.06g.cm-3和925Hv。     

热力耦合作用下含瓦斯煤层渗透特性试验研究

为深入研究含瓦斯煤层渗透率与温度和应力的关系,利用自制三轴渗透仪,进行了不同轴压、围压、孔隙压、温度条件下的渗透率测定试验和煤层微观结构扫描试验,并对试验结果进行了分析.研究结果表明:在热和应力耦合作用下,煤层渗透率主要受煤基质膨胀、煤基质压缩、孔裂隙扩张、孔裂隙闭合、气体吸附、气体解吸等6个因素共同影响;孔隙压力不变,渗透率随有效应力的升高单调递减;轴围压不变,渗透率随孔隙压力的升高呈先减小后平缓再增大的近"U"型变化规律;温度升高,煤基质膨胀致使孔裂隙闭合,煤内气体膨胀致使孔裂隙扩张,两相共同作用,渗透率变化取决于哪一相占优.     

煤样力学特性与内部裂隙演化关系CT实验研究

为了观测煤样内部结构变化和裂隙演化过程,应用X射线工业CT对煤样在单轴加载不同阶段进行了扫描,获取了不同应力状态下CT图像。通过CT图像及其差值图像的统计特征值,分析了煤岩内部裂隙演化与宏观变形间的关系。分析表明:煤样CT图像灰度统计特征值的变化反映试件内部的密度变化,间接反映了试样中裂隙的发育发展过程;将CT图像中每个体素作为研究对象,CT的差值图像表征了试件内部裂隙缺陷体积的演化;CT差值图像的均值与方差更能体现宏观变形不同阶段内部裂隙的相应变化。     

换热器管板胀接接头高温下拉脱实验研究

考虑换热器管板胀接接头和高温拉伸实验机结构,设计了试件和实验方案,对液压胀接接头在高温条件下的拉脱力变化规律进行了实验研究.当温度在100℃内,拉脱力随温度升高显著增大、受胀管率影响较大;当温度在100℃～300℃时,拉脱力随温度升高略有降低,胀管率影响逐步变小.实验结果可为换热器管板胀接接头设计和拉脱力计算提供理论依据.     

不同程度预氧化煤传热特性

选用气煤,预先在程序升温装置中分别氧化升温至80,120,150和200℃,原煤作为对照组,探究煤复燃的热量传递规律。采用激光导热仪FLA457分别测量空气气氛中原煤与预氧化煤在30～300℃内的热物性参数,对热物性参数进行拟合分析,并探究其对温度的敏感性。结果表明:在30～300℃内,随着温度的升高,煤样热扩散系数先减小后增大,比热容逐渐增大并趋于平稳,导热系数逐渐增大。煤样的热扩散系数变化率以及导热系数变化率呈现出先减小后增大的趋势,比热容变化率逐渐减小。在相同温度下,随着预氧化温度的增加,热扩散系数先增大后减小,导热系数逐渐减小,并且原煤的比热容和导热系数均大于预氧化煤的比热容和导热系数。此外,比热容对温度的敏感性最大。实验结果对于煤火灾害防治具有一定的指导意义。     

CT扫描视域下黏土干湿循环劣化机理

为研究干湿循环对黏土力学特性和微观结构的影响，通过一系列无侧限抗压强度试验和CT扫描测试从宏观和微观角度揭示了干湿循环对黏土的劣化机理。结果表明：随着干湿循环次数的增加，黏土的抗压强度保持指数性下降趋势，在经历4次循环后，抗压强度损失了40%左右，干湿循环达到8次后抗压强度基本达到稳定；CT扫描横剖面显示，在干湿循环过程中，裂隙从试样四周开始发育，并逐渐向内部扩展，裂隙的宽度和长度均持续增加，连续性也有所提高；随着干湿循环次数的增加，试样的逐层面孔隙率均明显增加，且不同层间的交界面孔隙率的增加更为显著，层间的裂隙最先发育，试样表面也有竖向裂隙发育，试样内部连通孔隙的数量增加，闭合孔隙的数量减小；不同次数干湿循环作用下黏土的孔隙率与抗压强度之间保持负指数性关系，当干湿循环次数达到4次后，孔隙率的增加对抗压强度的影响减小。