基于室内试验的页岩脆性特征评价方法

基于全应力应变曲线,提出了包含多参数的综合脆性指标Bd1和Bd2.从扩容拐点(峰前曲线)、残余强度(峰后曲线)、能量分析(全过程曲线)等多角度对脆性指标进行了诠释,通过页岩单三轴实验并结合破坏模式对其适用性进行了验证.结果表明,该指标较好地反应了页岩的脆性,Bd1可根据不同的目的需求选择不同的参数,对脆性评价具有侧重性,且Bd1与围压具有较好的拟合关系,拟合曲线为指数函数;Bd2综合性强,可作为脆性的综合评价指标,但围压较高时对围压不够敏感;90°取芯角度下,随着围压的增加,脆性指数降低,岩石有脆性向延性转化的趋势;低围压下脆性指数对围压比较敏感,降低速度较快,高围压下则相反.     

川西硬脆性页岩力学特征及井壁稳定性研究

在硬脆性页岩地层钻井过程中井壁失稳现象频发,严重阻碍了现场钻井作业的进程。针对小塘子组页岩钻进过程中发生的井下垮塌现象,通过开展系统室内实验测试,并结合实验数据建立的理论模型,评价分析小塘子组页岩地层的井壁稳定情况。结果显示,小塘子组页岩属于典型的硬脆性页岩,层理缝发育,在外力或高应力环境下可以产生张性裂缝;钻井液浸泡效应可降低小塘子组页岩地层力学强度,层理走向及力学弱面效应对小塘子组页岩力学性能影响明显;裂缝走向、井眼轨迹及井壁渗流场影响小塘子组页岩地层井壁稳定性,当裂缝面与井眼轴线之间夹角满足一定关系,井壁岩石容易沿裂缝面发生滑移垮塌。     

基于灰度关联法的陆相页岩脆性评价新方法

利用RTR-1000岩石三轴测试系统和X射线衍射仪对鄂尔多斯盆地南部长7陆相页岩10块岩心进行力学性质和矿物组分测试,采用灰度关联法确定影响页岩脆性的主要矿物及其在脆性评价时所占的权重。在此基础上,提出一种新的结合页岩矿物组分和其脆性影响系数的脆性评价方法,并利用该方法对W区块L井页岩层段进行脆性评价,指导该井压裂设计。结果表明,W区块陆相页岩中含量较高的主要矿物为长石、石英、伊利石、白云石、透辉石、绿泥石、菱铁矿7种矿物,其在脆性评价中所占权重依次为0. 136、0. 117、0. 138、0. 173、0. 145、0. 136、0. 157,权重相差不超过0. 06,说明该区块页岩脆性评价时7种矿物对脆性的贡献均应考虑;新的脆性评价模型可快速建立页岩储层脆性指数剖面,优选出高脆性段,为储层压裂施工提供一定依据。     

基于能量原理的页岩损伤破裂研究

岩石变形破坏过程本质上是能量耗散的损伤演化过程.为研究页岩压缩变形及损伤破裂特征,本文建立了基于轴向应变的损伤变量,并将其引入基于损伤能量释放率建立的损伤演化方程.结合不同层理角度页岩单轴循环荷载试验结果,验证了该损伤演化方程可用于描述单轴循环荷载下页岩损伤演化过程.在此基础上,定义了可用于定量评价页岩压裂缝网复杂程度的新指标C_A.通过计算与不同页岩试样破裂形态相应的C_A,发现C_A与页岩破裂形态的复杂程度具有较好的正相关性,可作为评价页岩压裂效果的指标.此外,C_A的计算结果表明,加载方向和页岩原生层理面的夹角越大,对应的岩石试样破裂形态越复杂.     

基于累计耗散能量比的改性沥青疲劳性能

通过对不同改性沥青的流变性能试验,分析了基于累计耗散能量比(DER)的改性沥青疲劳性能指标,研究了不同嵌段比的改性沥青的疲劳性能,并根据DER进行对比分析.基于改性沥青的疲劳性能特点,在室内通过弯曲疲劳性能试验进一步验证了用DER评价改性沥青疲劳性能的有效性,为改性沥青的疲劳性能判定提供了新的参考指标.     

基于能量耗散原理的红砂岩崩解机制研究

为了研究红砂岩的崩解机制,寻找阻滞其崩解的方法,通过分析红砂岩崩解过程中传递的不同能量类型及其定量计算方法,基于能量耗散原理建立红砂岩崩解的能量耗散模型。结合工程实例,运用该模型分析红砂岩在崩解过程中的能量变化规律。研究结果表明:在岩石自然环境中的崩解过程中,随着岩石粒径变小,其新增表面积越来越大,其新增表面能随时间呈线性增大,但是,在这个过程中,岩石对吸收能量的利用率下降,说明红砂岩在不同崩解阶段对吸收热量的利用率不同;红砂岩崩解能量利用率随崩解呈指数衰减。建议工程上在治理红砂岩问题时可采用预先崩解的方法,然后采用压实破碎,包边封闭的方法尽量减小红砂岩与外界环境接触的面积,切断软岩崩解所需的能量来源,以延迟其崩解。     

基于损伤理论的硬脆性泥页岩井壁稳定分析

硬脆性泥页岩地层的失稳破坏机理是非常规油气开发工作者的重点研究对象之一。从硬脆性泥页岩微裂缝的角度出发,将微裂缝视为硬脆性泥页岩的损伤,通过随机函数确定微裂缝的分布,将损伤力学和断裂力学相结合建立了硬脆性泥页岩的损伤本构模型。利用FLAC3D软件将硬脆性泥页岩的损伤破坏模型应用到井壁稳定分析中,并通过计算结果分析了钻井液、微裂缝形态等在硬脆性泥页岩破坏中占有的比重。计算结果显示,硬脆性泥页岩对钻井液的敏感度以及硬脆性泥页岩微裂缝的发育程度对井壁稳定影响最大,硬脆性泥页岩微裂缝的方向对井壁稳定影响很小。因此,钻井液的封堵性和密度是确保硬脆性泥页岩稳定的重要手段,控制钻井方向对维持硬脆性泥页岩稳定的作用有限。     

耗散系统中的能量传播

本文根据能量密度平衡方程,通过由于耗散存在而导之的损失流项推出了与通常能流速度相异的中心速度表达式.在这一部分中,我们研究了线性波方程特别是一阶双曲系统的中心速度表达式.     

水泥尾砂充填体劈裂拉伸破坏的能量耗散特征

应用INSTRON刚性伺服试验机对不同灰砂比的充填体进行了劈拉试验,测得荷载-位移和应力-应变全曲线.结合测得的力学参数计算出相关能量耗散特征参数,分析了不同情况下破坏过程的能量耗散变化规律,并通过数据统计回归建立了各种能量耗散指标与其影响因素的函数关系.实验结果显示:充填体只需吸收极少能量即可满足拉伸破坏所需,拉伸破坏是影响充填体断裂性质的主导因素.为防止充填体处于受拉环境,在矿房回采时应采用边孔控制爆破和不耦合装药,优化爆轰波破岩途径,减少欠挖超挖,保证矿柱形态规整,使充填体处于非拉区域以改善其受力状况;同时在矿房充填时应对需布设工程或应力集中区域等关键部位适当加大灰砂比,以增强充填体吸收破坏能量的能力.     

胜北构造硬脆性泥页岩裂隙特征及防塌机理

为了寻求吐哈油田胜北构造硬脆性泥页岩地层防塌措施,分析了其裂隙发育特征和坍塌机理,表明其综合水敏性属中～弱膨胀和中～弱分散,地层岩石具有典型硬脆碎特征,受山前构造运动产生的构造应力、蒙脱石在成岩脱水过程中产生的膨胀力以及厚薄不等的大段夹层煤的共同作用,形成了发育的裂隙和微裂缝,遇水（钻井液滤液）长时间浸泡易产生剥落掉块,引起周期性坍塌．采用提高钻井液的抑制性、改善钻井液的泥饼质量、封堵地层微裂缝的综合物理化学方法可以防治这类地层的井眼坍塌．     

熵产生与能量耗散

本文讨论了不可递过程中熵产生与能量耗散的关系，导出了熵产生的最普遍的关系式，解释了生物体内负熵流的重要作用。     

分子系统中的能量耗散

本书以非辐射转移理论为基础，分析最近有关由辐射引起的进人分子系统中能量耗散的实验数据，把分子内中的振动重分布、弧立分子中的电子松弛以及环境引起的影响作为一般规则的特殊情况，并以同样的方法处理光化学过程：异构化、电子和质子或氢原子迁移。     

胜北构造硬脆性泥页岩裂隙特征及防塌机理

为了寻求吐哈油田胜北构造硬脆性泥页岩地层防塌措施,分析了共裂隙发育特征和坍塌机理,表明其综合水敏性属中－弱膨胀和中－弱分散,地层岩石具有典型硬脆碎特征,受山前构造运动产生的构造应力,蒙脱石在成岩脱水过程中产生的膨胀力以厚薄不等的大段夹层煤的共同作用。     

硬脆性页岩超声波透射实验研究

为了获取硬脆性页岩地层声波传播特征,以鄂尔多斯盆地井下石盒子组页岩为研究对象,采用超声波透射实验系统的分析了钻井液作用前后页岩声波时差、衰减系数、时域信号以及频域信号的特征。研究结果表明,钻井液作用后页岩声波时差增大,衰减系数增大,频域信号与时域信号均发生改变。钻井液作用后,页岩发生水化反应,声波时差与衰减系数可定量描述页岩水化动态变化,时域信号与频域信号能够定性分析页岩水化结构变化特征。超声波透射实验为硬脆性页岩水化特征的研究提供了一个新的思路。     

基于能量耗散的应力引起的土体各向异性模型

从热力学定律出发,介绍了土体受力变形过程中能量耗散函数的合理表达形式,据此导出耗散应力空间中的屈服函数及流动法则.分析迁移应力,确定了真实应力空间中的屈服函数,并采用旋转硬化规律考虑应力引起的土体各向异性.这种模型以自由能函数和耗散函数为基础进行整体构造,自动满足热力学第二定律,不需要引入其他假定.提出了利用弹塑性本构模型计算三轴试验曲线的方法.采用遗传优化算法拟合了某土料三轴排水剪切试验结果,确定了模型参数.用得到的模型参数计算绘出其他固结应力下三轴排水剪切曲线,并与实测曲线比较,验证了模型的有效性.     

基于峰前能量演化及峰后侧向变形特征的岩石脆性评价方法

为实现对峰前及峰后岩石脆性特征的定量刻画,提出了一种基于岩石峰前能量演化及峰后侧向变形特征的岩石脆性评价方法,建立岩石峰前脆性指标B_pre及峰后脆性指标B_post,将两者之积作为岩石脆性评价指标B_m。为验证脆性评价指标的合理性,选取凉山州某铁矿矿山扩能工程露天采场边坡发育的玢岩、辉长岩及花岗岩为研究对象,开展不同岩石及不同围压条件下的三轴压缩试验;采用已有的脆性评价方法B₁₅～B₁₈、B₂₃与本文所提的岩石脆性评价指标B_m对试样的脆性特征进行验证对比,结果表明：(1)采用脆性指标B_m能够较好地评定不同种类岩石的脆性特征,B_m与岩石脆性呈负相关,即脆性评价指标B_m越大,岩石脆性程度越高;(2)脆性指标B_m较好地验证了围压对岩石脆性特征的影响,随着围压的增大,岩石脆性程度降低。本文所提出的脆性评价方法丰富和完善了岩石室内脆性评价体系,具有一定的理论意义...     

不可逆过程中的能量耗散函数

不可逆过程热力学提供了研究传输过程统一的标准方法.文章介绍了在有交互传输的系统中,其不可逆过程中的能量耗散函数的数学表达式。     

冲积河流能量耗散理论的研究

引入河流熵概念,根据冲积河流发展趋向性法则,从系统角度探讨了冲积河流系统自我调节机制及河流能量分配耗散特点,以变化原理为基础,推了河流系统能量耗散规律;结合人类活动对河流的干扰,研究分析了河床调整自由与河流能量分配,耗散间的制约关系。文中还指出了近年来黄河内蒙河段河床活动性增强的原因,并给出了该河段曲折率的变化规律。     

耗散结构的特征

较详尽地分析了耗散结构对4个特征，并给出必要的论证和实例。     

硬脆性页岩水化的超声波透射实验研究

为了获取硬脆性页岩地层声波传播特征,以鄂尔多斯盆地井下石盒子组页岩为研究对象,采用超声波透射实验系统地分析了钻井液作用前后页岩声波时差、衰减系数、时域信号以及频域信号的特征。研究结果表明,钻井液作用后页岩声波时差增大,衰减系数增大,频域信号与时域信号均发生改变。钻井液作用后,页岩发生水化反应,声波时差与衰减系数可定量描述页岩水化动态变化,时域信号与频域信号能够定性分析页岩水化结构变化特征。期望超声波透射实验为硬脆性页岩水化特征的研究提供一个新的思路。