Coexisting brittle-ductile fracturing mechanisms in fault zones of the upper crust level

Microstructural and sub-microstructural studies are conducted on calcite marble taken from the Autseib fault zone, Damara region, Namibia, SW Africa. The characteristic microstructural styles of rocks deformed in the upper crust are analyzed, including mainly the two microstructural contrasts in the tectonites: (i) coarse grains (centimeter scale) in primary rocks and in deformed clasts and extremely fine grains (micron scale) in the matrix; and (ii) macroscopic cataclastic (brittle) and microscopic mylonitic (ductile) textures. The coexistence of the macroscopic brittle and microscopic ductile textures is better explained by deformation through a comprehensive association of intragranular twinning and kinking, intraand intergranular ductile fracturing, and pressure solution along grain boundaries. Ductile fracturing, i.e. fracturing triggered and accommodated by twinning and fluid-enhanced dislocation creep and dynamic recrystallization, is among the most important mechanisms of rock deformation in the shallow crust, while grain size reduction and dynamic recrystallization are primarily nucleated and distributed due to the incoherencies along some boundaries, e.g. kink band boundaries, fractures and grain boundaries in the deformed grains.     

基于ADAMS的伞绳断裂仿真分析

结合某次空投试验事故，分析了在降落伞充气过程伞衣织物的传力路线。根据力的传递路线，采用动力学仿真软件ADAMS建立主伞系统充气过程的动力学仿真模型，分别对伞绳全部完好与某些伞绳断裂时主伞伞绳受力进行了仿真分析，分析结果表明：伞绳总数为96根的降落伞当伞绳连续断裂16根时，剩余伞绳都不会被拉断。由此得出主伞开伞失败的原因是由于开伞过程中张紧的伞绳受别的物体（如伞舱口、伞舱盖以及空中其他飞行物）的碰撞造成的。最后通过试验进行验证，试验得出的比例因子N’与仿真非常接近，只相差0．001，这证明仿真和试验的趋势是一致的。     

页岩气储层水力裂缝网络的延伸规律

为了深入认识页岩气储层水力压裂裂缝的延伸规律及裂缝网络形成条件,通过建立页岩气储层水力裂缝延伸的二维模型,分析地应力差异系数、天然裂缝及层理面等因素对水力裂缝延伸方向的影响规律,并对页岩储层水力裂缝网络的形成机制进行研究.研究结果表明:水力裂缝在层理面内转向、分岔及沟通天然裂缝是形成裂缝网络的关键,层理面和天然裂缝逼近角和地应力差异系数需在一定临界组合条件下才形成裂缝网络,偏离该条件均形成单一裂缝;最大水平主应力方向与页岩的层理面和开度较好的天然裂缝之间的逼近角呈大角度时,更有利于形成裂缝网络.     

自聚剂控制支撑剂回流技术研究

针对水力压裂后支撑剂回流的问题提出一种基于降低支撑剂颗粒表面Zeta电位的支撑剂自聚处理技术,实现控制支撑剂回流。从自聚剂改性支撑剂的自聚性、再聚性及自洁性对其聚砂性进行评价,从支撑剂聚集体的流速敏感性和人工岩心的抗压强度验证改性支撑剂的自聚强度。结果表明:当流速为80 m L/min时,流动压差降低63.95%;80℃条件下制备的人工岩心抗压强度可达2.36 MPa;30 MPa的闭合压力下裂缝最大无砂流速增大96.51%;聚集体自身的抗压强度和再聚性可阻止粉砂运移,裂缝导流能力得到明显改善,平均提高96.48%。     

裂缝诱导损伤力学模型研究

水力压裂后,当微裂缝闭合时初始损伤带的诱导应力导致围岩应力重新分布.为确定初次压裂后应力分布规律,将围岩区域分为破坏区、损伤区和弹性区,建立了基于损伤理论的人工裂缝诱导应力模型,选择吉林油田1口生产井为研究对象,计算结果表明:人工裂缝诱导应力随井筒的距离的增大而逐渐减小,计算结果与实际情况吻合较好.     

超低渗油藏超前注水区油井压裂时机探讨

针对部分超低渗油藏超前注水后,油井压裂缝高度控制难度大的问题,通过声发射测试及有限元模拟方法分别对超前注水前、后的地应力特征进行了研究,认为超前注水后,储、隔层应力差更低,不利于控制压裂缝高.在对该类岩石物理性质研究的基础上,通过物理模拟实验方法对该类油藏油井压裂时机进行了研究,认为油井在未注水前压裂,有利于控制缝高,压裂试油结束后注水,待地层压力达到超前注水设计压力水平后投产,可提高开发效果.     

大牛地气田压裂工艺技术应用分析

由于大牛地气田属低压、致密气藏，不进行压裂改造几乎无自然产能，通过对多层压裂工艺方法的优选，使压裂效果基本达到了一次施工改造多层、高效开发气田、提高单井产量的目的。     

基于PHF-LSM模型岩石分段水力压裂应力阴影效应

采用PHF-LSM(permeability-based hydraulic fracture-level set method)水力压裂数值计算模型,模拟并分析了均质与分层岩石材料中分段压裂过程引起的应力阴影效应.通过与单一裂缝诱发应力理论解的对比,验证了PHF-LSM考虑应力阴影效应的可行性.以此模型为基础分析了单一裂缝发展过程中,岩石材料参数与初始应力条件对诱发应力场的影响,以及均质与分层岩石材料的多裂缝起裂过程中不同压裂间距与压裂顺序产生的应力阴影效应.数值计算结果表明:泊松比、抗拉强度与孔隙率的增加会增大裂缝引起的诱发应力与净压力比值的峰值,而弹性模量和水平主应力差的增大会减小该峰值;裂缝间距的扩大可以减弱裂缝间应力阴影效应;两步压裂与顺序压裂的裂缝总面积均大于同时压裂时的面积,但顺序压裂与两步压裂会带来更高的起裂压力;产层厚度与压裂间距的减小会增大应力阴影效应.     

页岩水力裂缝网络形态及激活机制研究

针对页岩体积压裂后量化复杂裂缝网络构成及裂缝激活程度的问题,基于有限元、全局嵌入黏聚区域模型以及真实页岩露头,建立了预制结构弱面的复杂水力缝网模型。在考虑全耦合应力-流体影响下,研究了弱面逼近角、水平应力差、压裂液黏度以及排量对裂缝网络组成、几何形态以及SRV的影响,提出能够量化分析裂缝网络构成以及裂缝激活程度的裂缝相对激活程度概念。研究结果表明,页岩压后裂缝几何形态受力学性质最弱的弱面控制,分别呈轴对称与中心对称网络状分布;裂缝网络由主导游离气传输的弱面型裂缝与主导吸附气传输的基质型微裂缝共同构成;弱面逼近角、水平应力差以及压裂液黏度对SRV长轴的影响并非呈现单调性变化,逼近角的增加、水平应力差、压裂液黏度以及适当排量的降低会导致SRV短轴增加;水平应力差对裂缝相对激活程度的影响也并非呈现单调性变化,弱面逼近角、压裂液黏度以及排量的增加会引起基质型微裂缝相对激活程度、激活裂缝总长度的增加以及弱面型裂缝相对激活程度的降低。     

高温高压下岩石水力压裂实验新型封隔技术

为解决高温高压下水力压裂实验的封孔难题,采用理论分析、数值模拟和物理实验的方法,设计了基于楔形金属对扣结构的水力压裂实验新型密封件,模拟分析了注水作用下的封隔效果,最后采用该密封技术成功开展了大尺寸岩样在高温高压下的水力压裂实验.结果表明:高温、高压和高注水压力均是该密封构件强化密封的有利条件;增加注水压力可实现密封件越压越紧;采用该密封技术成功实现了大尺寸花岗岩试样高温三轴应力下的水力压裂,验证了新型封隔技术的密封效果,同时掌握了高温高压下岩石水力压裂的多次开裂特征.