页岩水力压裂裂缝扩展规律实验研究

页岩气藏储层具有超低孔、超低渗的物性特征,通过体积压裂改造形成复杂人工裂缝网络,是实现页岩气有效开发的关键。试验采用大尺寸真三轴水力压裂模拟,研究水平地应力差、泵注排量,井筒数量等因素对页岩气储层压裂裂缝扩展规律的影响。通过观察压后页岩表面裂缝延伸路径,结合工业高能CT扫描确定页岩内部实际的水力裂缝形态。实验所选用页岩脆性中等,但层理特征明显,微裂隙发育,具有可压性。试验结果表明:水平应力差为3 MPa时,水力裂缝易转向,沟通近井天然裂缝或弱胶结层理面;随着水平应力差的增加,有利于横切缝的产生,沟通远处更多天然裂缝及层理;当水平应力差达到12 MPa时,仅能形成简单平面横切缝。另外,变排量压裂或双井筒同步压裂可以有效地增加裂缝密度,提高水力裂缝复杂程度;但在12 MPa的水平应力差下,双井筒同步压裂仍然仅生成2条简单的水平缝。     

裂缝性基岩地层中水力裂缝扩展规律

为研究裂缝性基岩地层水力压裂时水力裂缝遇天然裂缝后的裂缝扩展行为,基于二维线弹性理论计算了天然裂缝打开所需条件,利用ABAQUS建立了有限元数值模型,模拟水力裂缝遇天然裂缝后的扩展规律。结果表明,天然裂缝能否打开不仅受到水平应力差和水力裂缝、天然裂缝夹角的影响,还受到基质抗拉强度和施工排量的影响。两缝夹角达到临界值后,水平应力差越小,天然裂缝越容易打开;水平应力差越大,水力裂缝越趋向于沿原方向继续扩展。水平应力差不变时,两缝夹角越小,天然裂缝越容易打开;两缝夹角越大,水力裂缝越趋向于沿原方向继续扩展。岩石基质抗拉强度越大,天然裂缝越容易打开。排量越大,缝内流体压力越大,天然裂缝越容易打开,符合体积压裂大排量造复杂缝网的理念。     

水力裂缝与天然裂缝相交扩展形态的智能预测

水力压裂作为页岩气储层开采的核心技术,在压裂过程中水力裂缝的扩展会遇到天然裂缝,与天然裂缝相交后压裂缝的扩展特征对缝网的形成有明显影响,从而影响最终压裂改造效果。基于内聚力单元建立了基于断裂力学的页岩气储层渗流-应力-断裂耦合的水力裂缝与多个天然裂缝相交扩展模型,研究了不同天然裂缝倾角、天然裂缝尺寸、应力差、压裂液排量和黏度下水力裂缝与天然裂缝扩展形态规律。采用基于Bagging算法集成支持向量机(support vector machines, SVM)、决策树(decision tree classifier, DTC)、逻辑回归(logistic regression, LR)、K最邻近算法(K-nearest neighbor, KNN)的裂缝形态分类器对裂缝相交扩展形态进行预测,并将Bagging算法预测结果与SVM、DTC、LR、KNN预测结果进行比较。研究结果表明：基于Bagging集成算法对水力裂缝与天然裂缝相交扩展形态预测准确率达到了92.58%,相较于单个算法,最高提升了17.95%,其中应力差越小、天然裂缝倾角、裂缝尺寸越大和压裂液排量、黏度越低越容易产生剪切缝,...     

页岩储层压裂缝成网延伸的受控因素分析

压裂实践表明,页岩储层的水力裂缝呈现出非平面、多分支的复杂延伸模式,这与传统压裂理论认为的对称平面双翼裂缝从形成机理上存在本质的区别。基于室内实验、矿场压裂实践、理论分析和数值模拟等研究成果,系统分析了页岩储层压裂缝成网延伸的受控因素。研究表明:页岩储层的裂缝延伸形态受到地质因素和工程因素的双重作用,从储层地质属性上看,岩石的脆性矿物含量越高、岩石的力学弹性特征越强、水平应力差越小以及天然裂缝越发育,越有利于压裂缝的成网延伸与扩展;从压裂作业的工程条件上来说,施工净压力越高、压裂液流体黏度越低以及压裂规模越大,越有利于形成充分扩展的缝网。该研究对认识页岩储层缝网扩展机理以及提高页岩储层压裂设计的科学性具有重要的理论价值和现实意义。     

基于CDEM的页岩甲烷原位燃爆压裂数值模拟

甲烷原位燃爆压裂是一种利用原位解析的甲烷气体作为爆源的页岩气储层改造方法。基于连续-非连续单元法(CDEM),结合朗道爆源模型和线弹性拉剪复合断裂本构建立甲烷燃爆压裂数值模型。针对页岩气储层开展直井甲烷燃爆压裂数值模拟,分析燃爆峰值压力、增压速率、初始最小主应力、应力差以及天然裂缝参数对燃爆裂缝扩展的影响。结果表明：甲烷燃爆压裂在井周形成复杂裂缝,随着峰值压力和增压速率的增大以及初始最小主应力的减小,燃爆裂缝扩展范围会增加,其中峰值压力的影响最显著;在应力差的影响下燃爆裂缝范围偏向最大主应力方向,且应力差越大这种偏差越明显;天然裂缝能够增强燃爆压裂效果,其分布密度越大、缝长越长、与最大主应力方向夹角越小,燃爆裂缝扩展范围越大。     

基于流-固耦合法的砂泥岩储层压裂裂缝延伸规律研究

基于多孔介质流-固耦合的基本方程,建立起砂泥岩储层压裂裂缝扩展的三维有限元模型,利用cohesive黏结单元模拟压裂过程中裂缝起裂、扩展造成的损伤,定量描述裂缝延伸规律。模型计算结果显示,砂泥岩储层裂缝缝宽剖面呈"S"型,泥岩夹层裂缝宽度较砂岩缝宽小20%~35%,施工排量与砂泥岩层应力差对裂缝宽度影响较大,建议砂泥岩储层施工排量范围为3.5~4.0m3/min。在应力差高于4 MPa的砂泥岩储层,考虑夹层厚度的条件下优先实施分层压裂。     

坚硬顶板砂岩水力压裂裂缝扩展规律分析

为探究不同因素对水力裂缝扩展行为的影响,以塔山煤矿坚硬顶板砂岩为研究对象,采用扩展有限元法模拟裂缝扩展过程,分析了水平应力比、抗拉强度、泊松比、间隔时间、注液速率和裂缝间距对裂缝扩展行为的影响。结果表明：单裂缝扩展时,应力比和泊松比越大,抗拉强度越小,越有利于裂缝延伸,且稳定扩展压力越小;应力比和泊松比越小,抗拉强度越大,越有利于裂缝张开;注液间隔时间对裂缝扩展影响较小。双裂缝扩展时,注液速率和裂缝间距越大,越有利于裂缝延伸;注液速率越大和裂缝间距越小,越有利于裂缝张开;注液速率减小,裂缝间距增大,稳定扩展压力减小。针对坚硬顶板砂岩的水力压裂,此研究可为煤矿现场设计与施工提供参考和借鉴。     

压裂液对油页岩裂缝扩展影响的数值模拟

压裂液在油页岩水力压裂裂缝扩展过程中扮演着重要的角色,因此获得压裂液对油页岩水力压裂裂缝扩展的影响规律对油页岩水力压裂技术的发展有着巨大的推动作用。文章选取羟丙基胍胶稠化剂配制成了不同含量的压裂液基液,并测量了其粘度。然后,基于XFEM裂缝扩展分析方法和压裂液对油页岩裂缝扩展的影响模型,采用Abaqus数值模拟软件,对吉林省汪清地区的油页岩进行了不同粘度和不同排量压裂液条件下的裂缝扩展仿真模拟。分析模拟结果发现,水力压裂裂缝在油页岩中扩展时,压裂液排量是影响裂缝扩展的主要因素,而压裂液粘度对油页岩裂缝扩展的影响很小;随着压裂液排量的增加,裂缝的长度和宽度迅速增大,其扩展速率亦随排量增加而增大;到水力压裂后期,裂缝长度和宽度逐渐趋于常值,即压裂液对裂缝扩展的影响逐渐变小。     

缝洞型碳酸盐岩近井筒裂缝转向模拟研究

缝洞型碳酸盐岩油气储层在非主应力方向上存在许多储集体,水力压裂开采技术产生的压裂缝传统的扩展模式为对称双翼扩展线性裂缝,此方式很难沟通大量存在于非最大主应力方向上的储集体。定向射孔并控制水力裂缝扩展路径是解决此问题的关键。本文通过定向射孔压裂起裂模型判断水力裂缝起裂,最大周向应力准则作为判断裂缝转向扩展的依据,结合顺北某油气田实测参数,利用Abaqus扩展有限元法对射孔方位角、水平地应力差、射孔深度、压裂液排量等影响水力裂缝近井筒转向扩展的因素进行数值模拟。结果表明：射孔方位角、水平地应力差是水力裂缝转向扩展的主要控制因素;射孔深度的影响受水平地应力差的控制;压裂液排量的大小对于水力裂缝转向扩展几乎没有影响。     

缝槽形态对水力压裂效果的影响

为研究资源开采中缝槽形态对水力压裂起裂及裂缝扩展规律的影响,解决因地质资源埋藏深、地下储层结构和应力水平复杂、水力压裂开采过程中所造成的钻孔压裂起裂压力大、起裂方位无序、压裂效果差异较大等问题,建立圆孔和椭圆缝槽的二维水力压裂钻孔模型,利用RFPA-Flow^2D数值模拟软件,理论分析并结合数值模拟,对圆孔和椭圆2个缝槽形态的起裂机理和裂缝的扩展规律进行研究。结果表明：压裂裂缝的扩展延伸方向与施加的应力组合中的最大主应力方向平行,且当施加的应力组合差值不断减小时,裂缝的起裂压力随之逐渐增大;最大主应力平行于椭圆缝槽长轴时相较垂直于椭圆长轴时,裂缝更容易起裂;当应力差减小至零时,对比椭圆缝槽,圆孔缝槽的裂纹扩展出现了随机分叉的现象;在应力组合相同的条件下,椭圆缝槽相比圆孔缝槽的起裂压力更小,椭圆缝槽更容易起裂。     

12V180ZL柴油机气缸套的断裂分析

本文根据断口和受力分析,确定12V180ZL型柴油机气缸套凸肩的破断为疲劳断裂破坏,并对气缸套材料的一般力学性能及断裂韧性K_(IC)进行了实验测试,又根据断裂力学理论进行了分析计算,最后提出了防止气缸套凸肩破断的措施。     

桓仁大坝劈头裂缝稳定性分析

本文应用断裂力学方法分析桓仁大坝劈头裂缝的稳定性。用等参数奇异单元法计算不同裂缝深度在各种荷载及边界条件下的应力强度因子,並用等效裂缝长度法推求大坝混凝土的断裂韧度值。     

储层裂缝的研究和分析方法

在野外实地观察分析的基础上，对天然裂缝的识别标志、观察和测量方法及所得数据的整理和分析进行了仔细的研究，根据数理统计和构造解析的有关理论，并结合有关的研究成果，较为系统、合理地设置和描述了裂缝系统的有关参量，给出了对裂缝进行观察、测量及分析方法，从本文方法得到的裂缝数据可以获得裂缝的优势方位、裂缝密度、连通及贯穿程度以及渗透性等信息，为油藏裂缝的定量评价作准备。     

压力容器接管区弹塑性断裂模拟试验研究

本文提出了一种带孔高应变梯度异形试板,试验结果表明,该试板能较好地模拟压力容器按管区应变场,具有类似于接管拐角裂纹的断裂机理及特征。采用多试件法标定出J参量曲线,并进一步通过计算机进行分析处理,求得了J参量计算公式。用显微摄影法求得了三种定义下的CTOD δ_1线,进而求得了关系式J=mσ_yδ_t及m的变化规律。还将试验结果推广到容器接管拐角裂纹问题,讨论了接管断裂安全工程评定及J参量控制裂纹扩展问题。     

各向异性天然裂缝油藏裂缝方位的确定

在天然裂缝油藏中，裂缝的主方向决定了主渗透率的方向，确定裂缝方位对于天然裂缝油藏开发和注水方案的设计具有重要的意义。基于Ｗａｒｅｎ和Ｒｏｏｔ提出的双孔隙度模型建立了各向异性天然裂缝油藏的数学模型，通过坐标变换和Ｌａｐｌａｃｅ变换，求出了该模型在Ｌａｐｌａｃｅ空间的分析解，用Ｓｔｅｆｅｓｔ数值反演方法求出该模型在实空间的解。同时给出了用最小二乘法对多井干扰试井的压力数据拟合确定裂缝方位的方法。     

层状介质中水力裂缝的垂向扩展

应用岩石力学的理论与方法，建立了层状介质中水力裂缝垂向扩展的数值模型，分析了地应力剖面、地层断裂韧性、压裂液密度及作业参数对缝高剖面形态的影响．研究结果表明，地应力剖面是影响裂缝垂向扩展范围和扩展方向的主要因素，岩层断裂韧性对裂缝的垂向扩展有明显的止裂作用，压裂液沿缝高方向的流动压降对裂缝高度有较大影响．在一定地层条件下，裂缝是否向隔层扩展以及扩展范围的大小主要取决于作业压力的高低．该方法可用于预测水力裂缝缝高剖面形态     

贴片焦散线法原理及其在断裂力学中的应用

本文的目的是将实验力学中的一种新方法——焦散线法应用于一般工程材料的K_1及J积分的测量,本文的理论基础是早已为公众熟知的HRR理论。本文的特点之一是对试件的表面要求不高,从而扩大了焦散线法的应用范围。本文还给出了测量应力强度因子及J积分的实验-计算公式,其中非平行光照射下焦散线最大垂直尺寸D与J积分之间的关系式,具有更普遍的意义。本文在实验的基础上提出了贴片焦散线法的简化物理模型,并对此产生的误差作了较详细的讨论,给出了修正系数。用本方法测得的结果与理论值及其它方法所得结果进行了比较,其结果是相当接近的。     

摩擦焊接区出现断口的原因

本文通过力学性能检测、金相观察、断口观察,论述了摩擦焊接区组织与性的关系和断口出现的原因。     

双杆传感型骨外固定器的理论实验分析

本文对自行研制的双杆传感型骨外固定器的结构力学性能进行了理论分析和实验研究，证实了带有传感器的骨外固定器的可行性。     

DHS内固定治疗股骨粗隆间骨折60例临床分析

目的对60例股骨粗隆间骨折用动力加压髋螺丝接着骨板(DHS)内固定治疗的疗效分析。方法回顾性分析2000年～2004年收治的60例股骨粗隆间骨折的临床病例资料。总结其伤情及诊治特点。结果治疗优良率95%,可5%。结论股骨粗隆间骨折DHS固定,愈合率高,并发症少,护理方便。