高温作用后砂岩物理力学性质阈值温度的确定——基于机器学习算法

通过采用机器学习算法，提出了高温作用后砂岩物理力学性质变化的阈值温度的确定方法。基于Python语言，利用K-Means、SVM算法，实现了对样本数据的分类和聚类，确定了阈值温度区间，验证了二分类法的合理性和准确性.结果表明，砂岩样本的阈值温度区间为400~600 ℃，阈值温度上下砂岩的物理力学性质存在显著差异，体现为阈值温度区间以下的岩样物理力学性质较为分散，而阈值温度区间以上的岩样物理力学性质较为集中.     

石油钻井岩石破碎标准岩样选择

本文重点阐述了标准岩样选择的重要性,制汀了标准岩样选择的原则和方法,建立了四类标准岩样在全国分布的矿点,确定了标准岩样的物理力学性质.     

高温遇水冷却岩石循环加卸载力学性能试验研究

为研究高温遇水冷却后不同岩性岩石在循环加卸载条件下的物理特性和力学响应特征的变化规律,对高温遇水冷却后的花岗岩、大理岩及绿砂岩试件分别开展了单轴压缩和循环加卸载试验. 结果表明,当加热温度超过400 °C后,三类岩石的体积增长率显著增加,400 °C可以作为三类岩石物理参数发生突变的阈值温度.总体上,三类热处理水冷却岩石的单轴抗压强度随温度的升高而降低,但花岗岩在200 °C温度处理后峰值强度比常温时有所增加. 在循环荷载作用下,花岗岩滞回曲线接近于线性,上限应力较高且不可逆变形小;而绿砂岩和大理岩的上限应力低于花岗岩且变形较大.相同温度热冲击下滞回环宽度大小顺序为绿砂岩>大理岩>花岗岩.随循环次数的增加,三类高温遇水冷却岩样的塑性变形减小,弹性模量增大,试件强度较单轴压缩均有提高;随温度升高,破坏面裂纹更为发育,破裂岩屑更为细碎.      

渤海地区疏松砂岩岩样制备方法*

渤海地区的秦皇岛32-6油田和绥中36-1油田为疏松砂岩油藏,疏松砂岩胶结方式多样、胶结程度差、结构疏松、强度小,现场取出的岩样松散、不易成形,洗油后一般为散砂,无法进行岩样流动实验,给疏松砂岩室内流动实验带来很大困难。提出了采用露头岩石制取、人工压制、液压机压制三种方法获得疏松砂岩岩样,并从岩样矿物成分、岩样渗透率、岩石力学性质、胶结程度等四个方面对三种方法获取的疏松砂岩岩样进行测试,与天然储层岩样进行对比,比较三种方法制作岩样的效果和难易程度。研究表明,三种方法制取的疏松砂岩岩样在矿物成分和力学性质等参数上与天然岩样相吻合,在渗透率和砂岩胶结程度上都较好地覆盖了目标区块岩样的渗透率范围和现有的胶结方式。三种方法制备的岩样可代替天然疏松砂岩岩样进行相关实验。提出的三种方法对以后类似研究具有一定的借鉴意义。     

大足大佛湾石刻岩石微观与力学特性研究

为了给大佛湾石刻造像的病害治理提供依据,采用X射线衍射、光学显微镜、扫描电镜和岩石力学试验系统等对该区域内岩样的矿物成分、微观结构和力学特性进行分析。结果表明,石刻区域内岩石的矿物成分以石英、钠长石、方解石、黏土矿物为主,且由于黏土矿物和方解石的含量与分布不同,造成了砂岩外观颜色的差异;区域内岩层没有变形改造,砂岩内部存在较多微孔隙而泥质砂岩、泥岩的结构较为致密,且水对岩石的结构有溶蚀、淋滤等破坏;区域内岩石的力学性质受黏土矿物的影响较大,通过力学试验得出的基本力学参数显示,与天然状态相比,岩样在饱水状态下的强度明显降低。     

温度对深部砂岩波速的影响

为准确评价深部岩体的力学性质,采用脉冲透射测试方法,对鹤岗南山矿深部砂岩在18～ 130℃的波速进行了测试.结果表明:岩样的纵波波速vP在30～ 55 ℃、横波波速vS在30～ 80 ℃随温度升高略有下降趋势,下降幅度vP＜vS;vP/vS 随温度升高呈上升趋势;岩样的泊松比νd在30～130 ℃随温度升高而增长,但其值均在0.35以内;动弹性模量Ed随温度升高呈下降趋势,温度在18～ 80 ℃ Ed值下降较大,当温度＞80 ℃以后曲线较平缓.     

致密砂岩加热过程单轴抗压强度变化

为保证电加热技术在致密砂岩气藏增产时的井下安全,分析致密砂岩地层井周砂岩的单轴抗压强度变化规律,利用自研的高温岩样应变与声速测试装置、箱式电阻炉及50 KN力学实验机对高温状态下及高温冷却后的致密砂岩进行了单轴抗压强度试验,并结合热重分析、X衍射试验进行分析,研究表明：就抗压强度大小而言,高温状态下的砂岩试件普遍大于高温后（300 ℃时相反）;就变化趋势而言,高温状态下和高温冷却后的砂岩平均单轴抗压强度都在26~200 ℃阶段呈现上升的趋势,以及400~600 ℃阶段急剧下降,而在200~400 ℃阶段两组试验的变化趋势差别较大。针对本文中砂岩,其单轴抗压强度随温度的变化阈值存在于300~500 ℃这一区间内;对于高温状态下砂岩试件,当加热温度为200 ℃,砂岩的单轴抗压强度随恒温时间的增加而增大,而400℃时单轴抗压强度整体变化不大。研究结果对比揭示了高温下和高温后致密砂岩单轴抗压强度的不同变化规律,可为探究砂岩气藏井下电加热工程可行性提供参考。     

冻结条件下岩石强度特性的试验

随着寒区或特殊施工环境条件下基础设施建设的需要,人们越来越发现有必要对冻结岩石力学问题进行深入的研究。以从胡家河矿井筒冻结现场选取煤岩及砂岩2种具有代表性的岩样,在MTS815实验机上进行不同围压及不同温度条件下的单轴及三轴压缩实验,分析煤岩及砂岩在相同围压不同温度条件下及相同温度不同围压条件下的强度特性,并对2种不同岩样的同一性和差异性进行了比较研究,推导了含温度因子的冻结岩石非线性破坏准则。为低温条件下岩石力学特性研究提供参考。     

重力场条件下砂岩突出倾向性

通过对永川煤矿砂岩物理力学性质的实验研究,得出了突出砂岩的特征,并据此研究了该矿-350m水平砂岩突出倾向性,提出了重力场条件下砂岩突出倾向性的判据. 研究表明:突出的砂岩具有孔隙率大、气孔容积大的物理特征和杨氏模量较低、强度低、不易产生塑性变形的力学特性;岩石和瓦斯突出发动过程与冲击地压特征具有一致性,可以用研究冲击地压的理论来研究砂岩突出倾向性问题;砂岩突出受多种因素影响,力学因素是主导因素. 在"三准则"理论基础上,建立了用能量准则、强度准则和冲击倾向性准则评价砂岩突出倾向性的方法.     

水-岩相互作用对砂岩劣化效应的离散元模拟

以三峡库区消落带典型砂岩为研究对象,通过室内单轴压缩试验来获得水-岩作用对岩样的力学性质的劣化规律,并利用PFC2D离散元软件模拟单轴试验应力-应变曲线与室内水-岩作用试验曲线相符合的方式,来研究水-岩作用下三峡库区典型砂岩的微观力学参数的变化规律,揭示水-岩作用下岩石宏观力学性质的劣化机理.结果表明:在长期水-岩作用下,PFC2D数值模拟的细观参数变化规律与室内试验岩石的宏观力学参数的劣化规律基本一致;模拟得出的应力-应变曲线与室内试验结果匹配良好;数值试样的破坏模式变化规律性与室内试验的也完全一致.说明PFC2D数值模拟能够很好地模拟水-岩作用对砂岩的劣化效应,并反应岩石真实的劣化规律,同时也验证了水-岩作用对砂岩的劣化效应的显著性.     

液氮冷却作用下三类高温岩石力学性能试验研究

为了研究液氮冷却对高温岩石物理力学性能的影响，对不同温度下(25~350℃)的花岗岩、片麻岩和砂岩试样进行液氮冷却处理，开展了一系列的物理力学试验研究，结合微观观察结果分析了各类岩石的损伤机理.结果表明，提高加热温度能够加剧液氮对岩石内部结构的损伤，随温度的升高，岩石的孔隙率、峰值应变逐渐增大，而纵波波速、抗压强度和弹性模量则相反.高温和液氮冷却所产生的热应力导致岩石内部裂纹的萌生和扩展，且微裂纹主要沿石英矿物边界发育.随着加热温度的升高，微裂纹的数量呈逐渐增加的趋势，这是岩石宏观特性退化的主要原因.三类岩石对加热和液氮冷却处理的敏感度不同，这与岩石在成岩作用、矿物成分、胶结类型以及孔隙结构方面的差异有关.     

微生物诱导碳酸钙沉淀提高红砂岩堆石料无侧限抗压强度的试验研究

为改善红砂岩堆石料的力学性能,采用巴氏芽孢杆菌诱导碳酸钙沉淀矿化技术加固红砂岩堆石料。对不同含石量的红砂岩堆石料进行无侧限抗压强度试验,并测定土体的抗压强度指标与碳酸钙产量来表征微生物改良堆石料效果,结合扫描电镜分析微生物改良堆石料的微观结构特征。结果表明：巴氏芽孢杆菌诱导碳酸钙沉淀改善红砂岩堆石料的抗压性能效果明显,经过恒温养护10 d矿化效率最高,土样由初期黏土的黏结作用转变为碳酸钙胶结作用,养护后期土样表现出更大的脆性特征;在一定含石量范围,微生物矿化产生的碳酸钙产量与含石量和养护时间呈正相关性,且抗压强度与碳酸钙产量呈正比关系,进一步表明碳酸钙胶结作用是试样抗压强度增大的主要因素;从SEM(scanning electron microscope)图像分析,高含石量堆石料为微生物提供更大生存繁衍和活动空间,微生物矿化生成碳酸钙晶体主要附着在土体骨架粗颗粒上和填充于颗粒间的孔隙,有效加强了土体颗粒间的胶结作用并增强了土体的力学性能。     

高温影响下页岩岩石的声学特性实验研究

以四川盆地龙马溪组页岩为研究对象,研究了高温处理后页岩岩样物理性质的变化规律,讨论了温度对页岩岩石声波特性的影响,同时,也研究了高温影响下页岩岩石动弹性参数的变化规律。研究结果表明,当作用温度低于400℃时,温度对页岩表观颜色和物理性质影响较小,而当作用温度超过400℃时,页岩表观颜色逐渐由黑色变为灰白色,且页岩质量下降快、体积膨胀率上升快,造成页岩密度下降快;随着温度增加,页岩声波速度不断下降,且声波主频不断下降,而页岩声波衰减系数不断增大,且声波衰减系数对页岩热损伤效应的敏感性更强;随着温度增加,页岩损伤因子增大,同时,页岩动态泊松比也呈增大趋势,而页岩动态弹性模量、体积模量、剪切模量呈下降趋势。     

温度、压力对莺-琼盆地储层岩石物性影响的实验研究

为探讨温度、压力的变化对储层岩石物性的影响,利用高温高压岩石物性参数测试系统对莺-琼盆地中深层砂岩储层岩样进行了气体介质的变温及高温变围压孔隙度和渗透率测试。实验结果表明,莺-琼盆地储层岩石在高温下的热膨胀会造成岩石的孔隙度和渗透率出现轻微下降,热膨胀效应对孔隙度影响很小(变化率3%),对渗透率的影响相对明显(平均变化率8%),且喉道越小,影响越大。在高温条件下(170℃),压力因素引起孔隙度和渗透率的下降幅度要大于单一温度的影响,岩石孔隙度的变化主要受初始孔隙空间大小及泥质含量的控制,而高温条件对岩石的渗透率降低有抑制作用。实验岩石表现出的温度及压力敏感特性主要受岩石刚性颗粒含量及胶结强度的控制。     

挤压锻温度对固态再生H11钢组织和性能的影响

以回收的H11钢车削屑获得的粉末为原料, 利用粉末压坯和挤压锻工艺制备样品, 并结合拉伸实验、硬度测试、XRD,SEM,TEM等分析手段, 研究了1100~1220℃不同挤压锻温度对固态再生H11钢组织结构和力学性能的影响. 结果表明:样品固结效果良好;挤压锻温度为1220℃时, 材料密度可达95.8 %;挤压锻温度达到1140℃后,基体中析出Fe₇C₃相; 随着挤压锻温度从1100℃升高至1220℃, 沿挤压方向的硬度从2.5GPa增加至4.4GPa, 抗拉强度从451MPa增加至808MPa, 但延伸率从3.1 %降低至0.7 %.     

模拟地层条件下岩芯电阻率与温度关系的实验研究

利用模拟地层条件岩芯电阻率测量仪,对6块孔隙度、渗透率各不相同的砂岩岩芯,在一定围压条件下,岩芯完全饱和盐水时,考察了岩芯电阻率随温度的变化。发现饱和盐水岩芯的电阻率随温度升高,以幂函数形式下降。虽然岩芯中饱和盐水的电阻率同样随温度以幂函数形式下降,但岩芯电阻率的下降不能完全用岩芯饱和盐水的下降表征。胶结指数m或阿尔奇公式中的比例系数a同样受温度影响。进而表明在温度作用下,组成岩芯的各种矿物所发生的微观变化,将在岩芯的宏观性质上表现出来。     

低温钢纤维混凝土破坏过程的数值模拟

通过实验测试了钢纤维混凝土在低温下的力学性能,发现其抗拉和抗压强度随温度降低逐渐升高.运用RMT-150B型岩石力学试验系统对钢纤维混凝土圆柱型试样进行了单轴压缩分析,发现低温下钢纤维混凝土应力应变曲线可分为弹性阶段,裂缝稳态扩展阶段,裂缝失稳扩展阶段和破坏阶段.将混凝土看成是细观上的各向异性非均匀准脆性材料, 运用RFPA2D数值分析软件对钢纤维混凝土单轴压缩全过程进行了数值模拟,模拟得到的承载力随温度降低逐渐增大,均质度好的试件声发射较为集中,声发射能量随温度降低不断提高,体现了低温下钢纤维混凝土的脆性特征.