可蠕变砂岩地层井壁稳定性研究

砂岩地层钻井可能出现缩径,严重威胁钻井安全,有必要研究砂岩蠕变性质,为钻井提供安全保障。使用MTS刚性实验机测定偏应力15MPa~35MPa下的黄流组砂岩岩心轴向应变,得出砂岩岩心存在临界蠕变应力。研究了砂岩不同蠕变阶段的蠕变机理,通过测定砂岩横波波速及长期强度确定了其稳态蠕变与加速蠕变临界应力。使用西原模型拟合了砂岩蠕变应变,计算了使用不同密度钻井液时黄流组砂岩地层安全钻井周期。研究结果可用于指导蠕变性砂岩地层安全钻井及钻井液密度设计。     

低渗砂岩地层因素的应力敏感研究

为探究有效应力变化对鄂尔多斯盆地低渗砂岩储层地层因素的影响,实验测试7块岩芯样品在围压（p_c）和内压（也称作孔隙压,p_p）变化下的地层因素。基于Biot有效应力定义,结合响应面函数对实验数据进行分析,发现采用响应面割线法得到的有效应力系数（α）更能准确地表征有效应力,同时发现α并非为1.00的常数,而是分布在0.04～0.60并与围压和内压呈现一定函数关系。明确了低渗砂岩储层地层因素随有效应力的非线性变化规律,发育的微裂缝是导致有效应力非线性变化的主要因素。基于岩芯微观结构建立等效微裂缝模型,结合岩电理论,推导出地层因素与有效应力间的函数关系,表征了低渗透砂岩储层非线性有效应力作用下地层因素的变化规律。     

高应力泥质粉砂岩黏弹塑性蠕变模型

为揭示高应力作用下深埋硐室围岩的流变特性,采用分级增量加载方式对泥质粉砂岩进行三轴压缩蠕变实验,根据稳态蠕变速率与应力的关系,利用给定蠕变速率阈值确定岩石的长期强度;结合蠕变曲线特征,将瞬弹性、黏弹性、黏塑性应变分离,建立模型各参数与应力和时间的函数关系;根据损伤定义确定瞬弹性、黏弹性元件的损伤变量,并引入瞬弹性、黏弹性损伤变量和黏塑性修正系数对西原模型进行优化,提出一种可以描述高应力作用下岩石蠕变全过程的变参数模型。研究结果表明:稳态蠕变速率随应力增大呈指数增大,采用给定蠕变速率阈值求得岩石的长期强度为68.82 MPa,为单轴抗压强度的74.80%;基于黏弹塑性应变分离建立的蠕变模型能够很好地描述岩石蠕变全过程的非线性特征,且优化模型与实验数据拟合较好,证明了该蠕变模型的合理性。     

压力容器的蠕变应力及蠕变断裂分析

本文论述了压力容器蠕变应力的复杂状态,指出用一维拉伸蠕变试验作为设计的依据会产生较大的偏差。具体分析了承受弯曲和内压的薄壁容器的蠕变应力状态及其断裂机理;压力容器蠕变条件下的温差影响;厚壁筒的蠕变断裂的部位。指出了在蠕变条件下压力容器的应力状态和应力分布规律有所改变;压力容器仍有温度应力,且影响较大不容忽视。本文还提出了蠕变断裂时间的计算方法。     

周期冲击扰动下粉砂岩单轴蠕变特性研究

采用改进岩石蠕变扰动试验装置对粉砂岩试件开展施加周期冲击扰动下单轴蠕变试验,研究周期冲击扰动下粉砂岩蠕变变形、蠕变速率及破坏特征.结果表明:冲击扰动会引起蠕变曲线产生新的波动,随冲击扰动次数增加,粉砂岩内部累积变形逐渐增加,进入稳定阶段时间明显缩短,进入加速蠕变阶段轴向应力阈值显著降低;在周期扰动作用下,粉砂岩蠕变占比与轴向应力呈指数关系,蠕变速率稳定值提高;冲击扰动加速粉砂岩内部裂隙发育,粉砂岩试件破坏形式更趋于脆性破坏.基于Mohr-coulomb准则,提出一种与时间有关的非线性黏滞体并引入损伤因子改进Burgers模型,建立粉砂岩蠕变扰动理论模型;该模型能很好描述周期冲击扰动下粉砂岩蠕变特性,可为深入研究冲击扰动下岩石蠕变失稳破坏提供参考.     

化学效应下的砂岩蠕变机理

为研究长期处在外界复杂的化学环境中砂岩变形机理,针对长期处在外界环境中的砂岩发生的蠕变具有化学效应这一事实,通过室内试验数据分析,采用Kelvin体流变模型建立了蠕变方程,利用泰勒级数建立了蠕变方程中参数与化学因子的拟合多项式,利用基于搜索模式的最小二乘原理(LSMPS)求得了具有化学效应蠕变方程力学参数的最优解;分析了化学效应随时间对砂岩蠕变作用机理.结果表明:化学效应对砂岩颗粒间的作用既有水的软化又有离子吸附与化学反应.     

化学效应下的砂岩蠕变机理

为研究长期处在外界复杂的化学环境中砂岩变形机理,针对长期处在外界环境中的砂岩发生的蠕变具有化学效应这一事实,通过室内试验数据分析,采用Kelvin体流变模型建立了的蠕变方程,利用泰勒级数建立了蠕变方程中参数与化学因子的拟合多项式,利用基于搜索模式的最小二乘原理(LSMPS)求得了具有化学效应蠕变方程力学参数的最优解;并且分析了化学效应随时间对砂岩蠕变作用机理.结果表明:化学效应对砂岩颗粒间的作用既有水的软化又有离子吸附与化学反应的结论,对岩土工程在自然环境中的安全使用提供了理论依据.     

水化对泥页岩地层“安全”钻井的影响

泥页岩地层与其它“惰性”岩石不同,当其与水基钻井液接触时,岩体强度、内部应力都将随钻井液类型及地层与钻井液的接触时间变化而变化,因此,一个有效的力学本构方程应该能够体现出发生在泥页岩地层中的力学和物理化学动态过程,Yew C H等在这一领域作了开创性工作;并引用Yew C H等提出的水化应力模型,计算分析了水化对水敏性泥页岩地层井周应力分布状态,地层坍塌应力和破裂应力的影响。     

双层体系的临界应力

本文根据“双层弹性体系在圆形均布水平荷载作用下的应力与位移”的研究成果分别研究了双层弹性体系在圆形均布垂直、水平及其综合荷载作用下,应力的分布规律及临界应力问题。大量的计算发现:1.在单圆情况下;①最大拉应力一般出现在垂直荷载作用下,上层底面荷载中心处,但当上层厚度较薄时,则出现在距荷载面中心若干距离处;②最大剪应力通常出现在综合荷载作用下,上层表面荷载边缘处。2.在双圆荷载作用下:①最大拉虚力一般出现在垂直荷载作用下,上层底面一个圆的荷载中心处,但当厚度较大或厚度较小而下层与上层的模量比 (E_2)/(E_1)≥0.2 时,则发生在距一个圆的荷载中心若干距离处;水平荷载对最大拉应力的影响很小,可忽略不计;②最大剪应力发生在综合荷载作用下,上层表面荷载边缘处。对于三层体系或多轮荷载,本文所叙述的计算方法也可采用。为便于实际应用,提供了计算用图.     

砂岩蠕变特性试验及三维非线性力学模型研究

为了描述岩石的蠕变力学行为,开展不同围压条件下的砂岩三轴压缩蠕变试验。研究表明：岩石稳定蠕变阶段是岩石微裂纹不断发育和扩展的过程,稳态蠕变速率与围压呈幂函数增长关系;砂岩在围压5 MPa、10 MPa和15 MPa下的长期强度分别为19.8 MPa、22.3 MPa和24.7 MPa,长期强度随围压的增强而递增。基于岩石蠕变的非线性特征,定义了一个与围压相关的黏弹性模量E（p）,经过推导变换得到了可反映岩石蠕变受时间和围压影响的E（p,t）,应用于改进后的Burgers模型,从而得到新的一维蠕变本构模型。将其拓展到三维应力状态,得到新的三维非线性力学模型,识别蠕变试验数据,对比分析预测效果,证明所建模型的可行性和合理性。研究成果为岩石三维应力状态下蠕变行为模拟提供一定参考。     

典型地层的各向异性钻井特性

采用岩石可钻性方法描述地层的各向异性,并按地层各向异性的不同情况,将典型地层(包括正交各向异性地层和横观各向同性地层)划分为12类。在文献[10]的基础上,定义了两个地层特性参数,用来定量表达典型地层的各向异性钻井特性。通过地层特性参数的计算和分析,阐明了12类典型地层对井斜变化和方位漂移的影响规律,即其中大多数地层遵循“上倾规律”或“下倾规律”。     

煤岩不同应力水平的蠕变及破坏特性

对韩城地区3#和5#煤岩在9 MPa围压下进行三轴蠕变试验,通过分级加载试验获取不同应力水平下煤岩的蠕变曲线。建立不同应力水平下煤岩的蠕变本构方程,并根据试验数据进行参数识别。结果表明:当3#和5#煤岩样的轴向应力分别小于其瞬时抗压强度的60%、40%时,蠕变曲线仅包含瞬时变形阶段、衰减蠕变阶段和等速蠕变阶段,在等速蠕变阶段应变速率几乎为零;当3#和5#煤岩样的轴向应力分别介于其瞬时抗压强度的60%～80%、40%～80%时,等速蠕变阶段的应变速率近似为一常值;而当3#及5#煤岩样的轴向应力均为其瞬时抗压强度的80%以上,蠕变试验曲线分别表现出蠕变脆性破坏特性和蠕变韧-脆性破坏特性。     

高温下砂岩稳态蠕变规律的实验研究

在阶梯加载条件下对紫篷山砂岩进行了高温单轴压缩蠕变实验,利用参数变动法对砂岩稳态蠕变律常数进行了测定,同时,也对砂岩的稳态蠕变阶段进行了初步的研究。实验过程及结果表明,在实验的温压范围,即σ=8.6~77.8 MPa,T=20~500℃下,砂岩稳态蠕变率在10-10~10-9s-1之间,其随着温度和应力的增大而增大。温度越高,压力越大,砂岩的蠕变就越早进入稳态蠕变阶段。对砂岩稳态蠕变律常数的测定结果表明,在实验的温压范围内,应力指数n值表现出两段直线关系:应力σ在8.6~25.9 MPa之间时,应力指数n值在0.26~0.43之间;应力σ在25.9~77.8 MPa之间时,应力指数n值在0.61~0.82之间。应力指数n值有随着σ值的增大而增大的趋势。蠕变激活能QC值在0.05~3.796 k J/mol之间。当T在20~100℃之间时,T对QC的影响小。综合分析表明,在实验温压范围内,利用参数变动法对砂岩的蠕变激活能QC值进行测定有较大误差。在结构常数A的测定方面,ln A值均呈现负值,在-19.91~-14.59之间,这表明在实验的温压范围内,砂岩的微观结构、组分对稳态蠕变速率的影响是很小的。ln A值也存在着类似于应力指数n值的分段现象,表明了应力σ越大,砂岩的微观结构、组分对稳态蠕变速率的影响是越大。此外还对砂岩的弹性模量E进行了初步的研究。研究发现,弹性模量E随着应力的增大而增大,随着温度的增大而减小。     

局部临界周期分岔的若干进展

具有周期轨族的平面微分系统一直是微分方程领域的研究热点.周期轨族所确定的周期值函数性质的研究吸引了众多国内外学者.局部临界周期分岔是其中的一方面,其基本理论由Chicone和Jacobs(Trans.Am.Math.Soc.,1989,312(2):433-486.)建立.主要介绍近30年来局部临界周期分岔的若干进展和面临的问题.     

盆地演化过程中泥质岩及砂岩地层压力转换

泥质岩和砂岩地层压力转换与油气藏的形成有着密切的关系,前人对此做了大量的研究,对泥质岩静水压力带地层压力转换、异常超压带地层压力转换以及砂岩中的地层压力的转换现状进行了分析并指出其存在的问题.建议加强两方面的研究:砂、泥岩输导性能对其地层压力转换影响的研究;断裂对砂、泥岩地层压力的转换影响的研究.     

一种铁基高温合金的周期蠕变

对GH132合金的周期蠕变研究指出,该合金在周期蠕变条件下其变形规律是复杂的,除了弹性应变,塑性应变外,还有滞弹性应变。这种变形规律的特征随周期应力卸载条件下最小应力的大小而变化。在高的最小应力条件下,可以表现为合金以不同的应变速率分别在高、低应力下交替地进行。     

挛缩膝关节髌韧带应力松弛及蠕变特性的实验研究

探讨兔挛缩膝关节髌韧带的应力松弛和蠕变特性。通过将兔膝关节伸直位制动６周,复制伸直型挛缩膝关节动物模型,然后分别在３７℃、４２℃的条件下,对正常组和制动组髌韧带行应力松弛和蠕变试验。正常组和制动组髌韧带均表现出较明显的应力松弛和蠕变现象;无论是正常组还是制动组,３７℃与４２℃之间髌韧带的最大应力松弛率和最大蠕变率均无显著性差异（Ｐ＞０．０５）,制动组４２℃髌韧带的最大蠕变率较正常组４２℃有显著性增加（Ｐ＜０．０１）。１．髌韧带的这种应力松弛和蠕变特性从机制上解释了牵引、夹板等疗法在挛缩关节康复治疗中的有效性;２．３７℃和４２℃的温差对髌韧带的最大应力松弛率和最大蠕变率均无显著影响     

高地应力-化学侵蚀耦合作用下炭质板岩蠕变试验及非线性蠕变损伤模型

为克服高程障碍并降低施工风险,可采用长大隧道穿越崇山峻岭,但这些隧道往往处于深埋高地应力环境,并受到化学侵蚀影响。为了解决此问题,以丽江—香格里拉炭质板岩大变形隧道为研究对象,采用室内试验和理论推导,研究深埋炭质板岩隧道受化学侵蚀作用下的围岩变形特性。在Poyting-Thomson体蠕变体的基础上,根据模型元件的力学特性,叠加了损伤元件、化学损伤元件和非线性元件,提出高地应力-化学侵蚀耦合作用下炭质板岩非线性蠕变损伤本构关系。研究结果表明：1)炭质板岩试样受化学侵蚀影响显著,侵蚀90 d试样所产生的轴向蠕变应变为侵蚀0 d试样的2.02倍,侵蚀60 d试样所产生的径向蠕变为侵蚀0 d试样的1.85倍;2)受侵蚀的炭质板岩试样在三轴压缩状态下破裂以斜向贯通裂隙为主,并产生一定的滑移错动裂隙,且沿轴线的拉伸劈裂破坏受围压作用抑制明显,未产生竖向贯通裂隙。     

临界情形下发展方程的周期解

讨论抽象发展方程 u'(t)+A(t)u(t)=g(t,u(t))的周期解存在问题,所得结果推广了〔6,7,8〕的结论.这些结果应用于抛物型周期边值问题,得出若干新结果。