油水含量对砂岩断裂韧性的影响

为研究油水含量对砂岩断裂韧性的影响,提出了一种新的砂岩试件油水饱和方法,并通过三点弯实验测试了不同油水含量下砂岩的断裂韧性。研究发现:当砂岩孔隙中仅含有一种饱和流体时,饱和油砂岩的断裂韧性比饱和水砂岩的断裂韧性大;当试件中含有两种饱和流体时,油水混合试件的断裂韧性介于饱和油、饱和水试件的断裂韧性之间;饱和油、饱和水及油水混合砂岩试件的断裂韧性比干燥试件断裂韧性低10%~50%。微观角度上,从吸附作用、水化作用、黏土膨胀和毛细管力等方面分析了油水含量对砂岩断裂韧性的影响;水化作用比毛细管力对砂岩断裂韧性的影响显著。宏观角度上,基于应力-应变曲线对砂岩断裂过程进行了能量耗散分析;所有试件均有能量耗散,耗散能量比为5%~30%;干燥试件的能量耗散比低于油水混合试件的能量耗散比,平均低约10%。     

循环加卸载下砂岩能量演化特性分析与损伤表征

为探究饱和及干燥砂岩在加卸载过程中的能量演化与耗散特征,以西部砂岩为研究对象,开展常温下饱和及干燥砂岩单轴循环加卸载试验,通过能量法分析不同状态下砂岩弹性模量、泊松比、能量密度与循环次数之间的关系。结果表明：干燥及饱和砂岩在加载阶段和卸载阶段的弹性模量、泊松比均随加载次数的增大而增大,在相同卸载次数下干燥砂岩的弹性模量、泊松比均大于饱和砂岩;干燥及饱和砂岩的能量储存率随着循环次数先增大后减小,耗散比则相反,由于浸水软化饱和砂岩的能量密度拐点略迟于干燥砂岩;通过累计耗散能变量定义干燥及饱和砂岩的损伤特征,其损伤变量D值与循环次数变化规律相类似均呈下凹曲线。     

循环载荷下干燥及饱和砂岩的变形及声发射特征

对取自陕西榆横矿区小纪汗煤矿顶板砂岩的干燥和饱和试件进行单轴循环加卸载试验及声发射监测,分析了不同含水状态岩石的强度以及变形特征、声发射特征和加卸载响应比变化情况.结果表明,水对上述性质具有显著影响:饱和试件强度和滞回环数量均低于干燥试件,压密阶段轴向应变比干燥试件增加18.9%,峰值强度前轴向应变比干燥试件降低17.4%,干燥和饱和试件在循环加载过程中弹性模量均有增大趋势;干燥试件在整个加卸载过程中声发射能量累积为3.87×10-11J,饱和试件声发射能量累积为2.58×10-11J,仅为干燥试件的66.67%;干燥和饱和试件的加卸载响应比呈现类似的变化规律,但饱和试件的加卸载响应比峰值特征时间比干燥试件短,宏观裂纹形成得更早.     

孔隙-裂隙双重变形介质中的油水两相流动理论研究

在连续介质力学理论架构下,文章建立了饱和油水两相渗流与变形孔隙-裂隙双重介质耦合作用的理论来模拟裂隙砂岩储层中的油-水渗流,提出了基于双孔隙固相系统变形与油水两相渗流的全耦合力学模型;在对力学模型给予适当简化的基础上,应用解耦的有限元数值解方法对裂隙储层的两相流体压力、饱和度以及储层变形等参数进行了数值模拟;结果表明,裂隙储层流体运动主要由裂隙变形、油/水的PVT特性所决定。     

二氧化碳压后焖井过程中含弱面致密砂岩断裂特征

二氧化碳(CO2)压后焖井是致密砂岩储层补充地层能量的一种关键技术,同时也能使得已有裂缝发生扩展。致密砂岩储层中,弱面(如层理、天然裂缝)广泛分布,CO2可与砂岩发生物理、化学反应,进而影响储层稳定性及裂缝的复杂程度。本文以鄂尔多斯盆地含3种角度(0°,45°和90°)弱面性层理的致密砂岩为实验材料探究CO2对弱面性层理试件断裂特征的影响。首先,将试件分为两组,一组采用超临界CO2(SC-CO2)饱和30天,另一组仅置于大气条件下不做处理;随后通过三点弯实验测试相应试件的断裂韧性,并结合声发射技术监测试件断裂过程中声发射信号的演化规律。研究表明：CO2作用使得含弱面性层理致密砂岩试件的断裂韧性降低约40%;CO2作用使得试件初始损伤阶段提前,损伤扩展阶段持续时间增长;最后作者从细观损伤力学的角度揭示了CO2影响含弱面性层理致密砂岩断裂韧性及裂缝扩展规律的作用机理。本研究以期提高含弱面性层理的致密砂岩储层在CO2压后焖井过程中岩石断裂行为的认识。     

水平管内黏稠油水环输送的稳定性

采用FLUENT软件,基于VOF两相流模型、标准kε湍流模型及CSF表面张力模型,模拟了油-水环状流在水平管中的流动情况,分析了流体性质(油-水密度差、油-水黏度比、油水界面张力)对油水两相分布特征及水环结构稳定特性的影响。模拟结果表明,流体性质对截面平均含油率基本无影响,在不同模拟工况下均约为73%。但其对油水两相体积分数分布和水环稳定性评价指标(油芯偏心率、水环维稳长度比、管输压降)有显著影响,在模拟条件下,油-水环状流总体上呈上薄下厚的水层包裹位于管道上部的核心油流的偏心形态;当油相密度为996.4 kg/m³,油相黏度为1 743.3 mPa·s,油-水界面张力为22.36 mN/m时,水环的稳定性最好。     

冲击地压“能量关键层”确定实验研究

以煤、粗砂岩和细砂岩3种岩石试件单轴压缩实验为基础,对自主构建的组合试件进行单轴压缩实验,探讨组合试件破坏前能量积聚情况,研究能量积聚规律,确定"能量关键层"。结果表明:二元组合中,FCF、CFC、GCG、CGC试件中煤层积聚能量分别占总能量的88.5%、79.0%、71.4%和79.6%,FGF、GFG试件中粗砂岩的能量占总能量的61.2%和76.5%;三元组合体中,FGCF、GCFG、CFGC试件中煤层积聚能量分别占总能量的79.8%、74.0%和76.3%,粗砂岩占12.1%、22.0%、18.8%,细砂岩占8.1%、4.0%、4.9%;组分间硬度差别越大,软弱岩层上的能量耗散也越多。软弱岩层是引发冲击地压能量的主要载体,是冲击地压防治的"能量关键层";各组分硬度差别越大,冲击效应越强;据此提出了直接释能和间接释能两种防冲思路。     

温度对岩石核磁共振弛豫影响的实验研究

温度是影响核磁共振测井的一个因素,储集层的温度通常可高达100℃以上,与室温相差很大,所以有必要研究温度对岩石核磁共振弛豫的影响。本文对一组饱和水或油的人造碳化硅、人造碳酸钙、天然贝瑞砂岩以及天然碳酸盐岩样品进行了核磁共振变温实验,利用工作频率为2MHz的Maran2核磁共振仪器进行实验,实验温度从25℃到60℃,结果表明:对饱和水的砂岩和碳酸盐岩,温度对岩石NMR弛豫的影响不同;饱和水的人造碳化硅和天然贝瑞砂岩的核磁共振弛豫时间随温度升高而减小,表现为反常的温度关系;而对于饱和水的人造碳酸钙和天然碳酸盐岩都表现为正常的温度特性,即弛豫时间随着温度的升高而增大。对于饱和油的贝瑞砂岩和碳酸盐岩样品,其NMR弛豫时间随温度升高而增大。实验证明,温度对不同孔隙介质流体弛豫的影响在实际核磁共振测井中应该予以考虑。     

不同初始含水率下砂岩冻融劣化特性试验研究

天然岩体在温度、水分变化的基础上发生冻融循环,引起岩石微观损伤、冻融碎裂以及破坏失稳等劣化现象,是中西部寒冷地区岩体的主要风化过程。将取自云冈石窟砂岩分成干燥组、饱水组、饱和度对比组进行冻融试验研究,得到试验前后云冈石窟砂岩吸水率、纵波波速、单轴抗压强度等变化参数。结果表明:砂岩饱和度30%时,变化参数基本不受冻融作用影响;砂岩饱和度为30%~70%时,变化参数开始受冻融作用影响;砂岩饱和度70%时,变化参数出现突变现象。定义饱和S=70%为云冈石窟砂岩冻融损伤的"阈值"。     

油水比对油基钻井液流变性的影响*

钻井过程中由于地层水侵入导致油水比的变化对钻井液流变性的影响是非常值得研究的。主要采用M3600自动流变仪分别测出不同油水比(2∶8/3∶7/4∶6/5∶5/6∶4/7∶3/8∶2)的油基钻井液在不同温度(30℃、60℃、90℃)下的各流变参数。以此判断,当发生水侵时油基钻井液油水比变化引起流变性能的变化。实验证实:当油水比大于1时,油基钻井液属于塑性流体;当油水比小于1时,油基钻井液更倾向于假塑性流体。同一温度下,随着油水比的不断降低,油基钻井液的剪切应力、黏度以及静切力都升高。同一油水比的油基钻井液温度越高,剪切应力、黏度、静切应力都越小。随着油水比的不断降低,油基钻井液的破乳电压不断降低,即稳定性不断变差。     

不同材料对水源水石油类物质的吸附性能研究

分析了传统吸油材料对饮用水水源中石油类污染物质的去除效能。通过对比市面上常用的4类共8种吸油材料对不同油品的吸附容量发现，饱和吸附容量最大的是棉花，最小的是蛭石；吸附材料PP吸油棉的纯相油类的饱和吸附容量为9.0~13.0 g·g^-1，保油性根据油品不同30 min的保油率大致为60%~70%；PP吸油棉对油水混合物中石油类物质的吸附完全属于物理吸附，吸附动力学符合拟一级动力学模型，10 min能达到60%~70%的去除率，120 min能达到80%~90%的去除率；影响吸附速率的关键因素是吸油棉与含油水的接触面积，覆盖面积越大吸附效果越好。     

节理倾角对类岩石冲击能量传递影响的试验研究

用砂浆材料模拟不同倾角的节理岩石试件,并借助霍普金森压杆试验系统(SHPB)装置对其进行相似速度下的冲击试验,研究节理倾角对应力波穿越节理面时的波动特性和能量传递及耗散的影响,并给出能量耗散比随节理倾角变化的表达式。研究结果表明:在相似入射能量条件下,随着节理角度增大,反射能量比ER/EI(即反射波能量ER与入射波能量EI之比)先增大后减小,透射能量比ET/EI(即透射波能量ET与入射波能量EI之比)先减小后增大,且在节理倾角等于破坏角时,反射能量比和透射能量比到达极值;能量耗散比ED/EI(即节理试件耗散能量ED与入射波能量EI之比)随节理倾角的变化有所波动,分别在倾角为30°和90°时取得2个极大值。     

剪切条件下中浓纸浆的流动特性和能量耗散

对中浓纸浆悬浮液在剪切室内的流动特性和能量耗散进行了研究.结果表明中浓纸浆悬浮液在高剪切应力下可以达到流体化状态,此时其流动特性与水类似;根据中浓纸浆在流体化过程中的温度变化可以计算其能量耗散值;由于中浓纸浆中纤维之间存在着较大的摩擦力,因此耗散的能量与输入能量的比值很高,这对于中浓纸浆的泵送是很不利的;当中浓纸浆质量分数为13.2%时,其在流体化状态下的能量耗散值为498.96 kW/m3,表观粘度为7.94 Pa·s,所耗散的能量占输入能量的45.62%,且随着纸浆质量分数的升高而增大.     

裂隙砂岩破坏过程中的能量耗散与破碎分形特征研究

对不同裂隙倾角的裂隙砂岩试件进行单轴压缩试验,分析了试件变形破裂过程中的应变能演化特征,基于分形理论定量描述了最终破坏后碎屑尺度分布的分形特征,初步探究了能量耗散与破碎分形维数之间的力学机制。研究结果表明：随着裂隙倾角增加,裂隙砂岩试件的抗压强度和耗散应变能均呈现出先减小后增大的变化规律;数据拟合结果表明两者之间存在正相关关系。试件破坏后的碎屑尺度分布具有分形特征,不同裂隙倾角试件的分形维数介于2.58～2.64;分形维数随裂隙倾角的变化规律与抗压强度类似,两者近似呈线性相关关系。此外,试件的抗压强度越高,破坏时释放的耗散应变能越多,试件破碎程度越严重,所产生的微、细粒碎屑占比增大,导致分形维数变大;数据拟合结果表明耗散应变能和分形维数之间具有线性正相关关系。     

砂岩和花岗岩的动态性能与能量耗散分析

利用直径100mm的分离式霍普金森压杆（SHPB）试验装置,对砂岩和花岗岩在应变率49~97s-1下进行了冲击压缩试验,对比分析了两种材料的动态力学特性和破坏形态.结果表明:两种材料的动态抗压强度,破坏程度和能量吸收随应变率的增大而增大,而花岗岩的能量耗散率则随着应变率增大而逐渐减少,呈现出较强的应变率相关性;初始弹性模量、峰值应变和砂岩的能量耗散率在3种应变率下的差别不大,应变率敏感性较弱.分析加载过程中两种试件能量吸收和耗散率的曲线,并从微观结构的角度对其动态破坏形态进行归纳分析.通过试验有效性的验证,证明试验较好地满足了均匀性假定.      

基于核磁共振测量的页岩气游离吸附比例关系确定研究-以涪陵页岩气储层为例

本文对页岩岩心开展了不同条件下饱和油水的核磁共振观测对比研究,并基于饱和油的核磁T2谱,确定了页岩有机孔中游离空间与吸附空间大小及比例。研究表明：1. 有机孔隙和无机孔隙的润湿性通过饱和油水的核磁响应得到体现,与自吸油状态下的核磁信号相比,干燥抽真空饱和油页岩的核磁T2谱在大孔段信号明显增大,反映出干燥后粘土孔喉能够允许更多的油分子进入有机孔中,此时核磁T2谱主要反映有机孔信号;2. 通过对地层条件下有机孔的模拟计算,确定了游离气和吸附气含量相等时对应的有机孔孔径大小,根据有机孔的核磁连续孔径分布,确定出储层游离气和吸附气所占比例。总体上,优质页岩气储层具有更大的核磁孔径响应分布及游离吸附比,对应着更好的资源潜力和产气能力。     

基于显微CT和造影剂的砂岩静水压力细微成像初步研究

为了清楚地识别砂岩岩芯内部在静水压力下结构的变化,并对其进行定量描述,深入研究砂岩的渗透特性,应用医学注射剂泛影葡胺作为砂岩渗流造影剂,通过高精度显微CT对砂岩不同静水压力下渗流进行扫描,重建了不同层面CT图像,分析被扫描试件的衰减系数,实现了砂岩显微结构和渗透过程的定量分析。试验结果表明,造影剂作为渗透流体,可更清晰地分辨渗流状态;沿试件直径方向,外部CT值增量随压力近似呈直线递增,较容易发生渗透,内部则近似呈指数递增;静水压力大于15 MPa,CT值增量明显减少,说明此压力时砂岩孔隙基本达到饱和,再增加压力,其孔隙流体的含量增加就十分微弱。本研究为多孔介质渗流研究提供了新方法。     

干燥及饱水状态下基于巴西劈裂法的板岩抗拉强度

为研究干燥及饱水状态下不同层理角度板岩的抗拉强度的相关规律,采用微机控制电液伺服万能试验机对不同层理角度的板岩试件进行巴西劈裂试验,获得其破坏荷载、饱和含水率、抗拉强度等力学参数;基于获得的力学参数分析不同状态下板岩试件抗拉强度的变化规律以及其相对应的破坏模式。研究结果表明:随着板岩试件层理角度的增加,其抗拉强度逐渐降低,饱水状态下板岩试件的抗拉强度明显低于干燥状态下板岩试件的抗拉强度,并且层理角度为0°和90°板岩试件的破坏模式为纯拉伸破坏,层理角度为30°和60°板岩试件的破坏模式为沿层面剪切破坏。     

致密砂岩油藏注热水降压增注实验研究

为探索致密砂岩油藏注热水降压增注技术,通过室内物理模拟研究了注热水对目标区块黏土矿物水化膨胀、岩石孔隙结构、油水黏度、原油热膨胀性、油水界面张力、油水相启动压力和油水相对渗透率曲线的影响,分析了致密油藏注热水降压增注机理,并评价了不同注热水温度下的降压增注效果。实验结果表明,注热水具有较好的降压增注效果,且注入水的温度越高,注水启动压力越低、峰值效应越弱,降压增注效果越明显;不同渗透率岩芯注热水降压增注效果不同,渗透率越低效果越好;该致密油藏区块最合理的注热水温度为100℃左右。     

岩石含水饱和度,频率,流体类型对声波振幅影响规律的探讨

本实验以不同类型的砂岩为试样,在常温常压下用超声参数测定仪测量了饱和度、频率和流体类型对多孔隙岩石中声波衰减的影响,得到以下结论:(1)在干燥岩石中,纵波衰减比横波高;在被流体完全或部分饱和的岩石中,纵、横波的衰减均高于在干燥岩石中的衰减,横波的衰减的增加量比纵波大,并以复杂的方式依赖于饱和度。(2)在饱和盐水的岩石中,声波振幅随频率的增高而呈指数衰减。在低频段,声波有较大的衰减变化率;在某一特征频率(600kHz左右)之后,振幅与频率基本无关。(3)对同一块样品,饱和不同类型的流体,声波的振幅随流体的粘度增大而减小。