基于声发射实验层状砂岩力学特性及破坏机理

为了探究层理面影响下砂岩力学特性和破坏机理,采用声发射技术,开展砂岩单轴和巴西劈裂试验,研究砂岩拉压强度分布规律、应力应变关系、破坏形式与声发射之间的关系。研究结果表明:随着层理角度从0°增加至90°,砂岩单轴抗压强度先减小再增大,呈U型分布,而劈裂拉伸强度呈增大趋势;砂岩在单轴和劈裂试验下应力应变曲线具有明显的各向异性;在单轴试验下,当层理角度为0°,15°,75°和90°时,砂岩破坏形式为压缩破坏,当层理角度为30°,45°和60°时,砂岩破坏形式为沿弱面剪切破坏;在劈裂试验下,圆盘均沿着中心起裂破坏形式为拉伸破坏;随着层理角度从0°增加至90°,在单轴和劈裂试验下,裂纹发展所对应的轴向应变率降低,裂纹贯通困难,破坏所需峰值应力增大;峰值应力越大,对应的声发射能量率越大。

层状砂岩油藏提高水驱油效率的对策分析

通过对砂体几何形态、沉积韵律、连通特性等特征的研究，以及对上述诸特征起主控因素即沉积环境的具体分析，就不同沉积环境下所形成砂体的注水开发特征进行了详细论述，并提出了相应的压裂、酸化等开发工艺措施，为改善开发方案。

含孔洞层状砂岩动态压缩力学特性试验研究

隧道、矿山巷道和硐室等地下岩石工程中揭露的层状岩体往往具有不同的产状,层理弱面的方向与主要动荷载作用方向存在多种组合,相应的动态各向异性力学特性和变形破坏特征对地下岩石工程安全稳定具有至关重要的影响。针对冲击载荷下倾斜层状岩体中巷道围岩稳定性问题,选取一种层理构造显著的黄砂岩,其中层理倾角φ为层理面与加载方向之间的夹角,加工制备倾角分别为0°,15°,30°,45°,60°,75°和90°的7组预制中央圆形孔洞板状试样(尺寸为宽度60mm×高度60mm×厚度15mm),在75mm杆径分离式霍普金森压杆(SHPB)试验平台上进行冲击压缩试验,并使用高速摄影仪实时记录试样动态裂纹扩展演化过程,研究不同层理倾角条件下预制中心孔洞层状岩石的动态力学参数、裂纹扩展演化过程及最终破坏模式等动态压缩力学特性变化规律。结果表明,峰值应力处试样破坏的峰值应变在0.0081~0.01237变化,随着层理倾角的增加,试样动态抗压强度、弹性模量及峰值应变整体均呈先增大后减小的变化规律;初始起裂裂纹总是从孔洞周边压应力集中处萌生,随后逐渐形成宏观裂纹,宏观裂纹为剪切裂纹或拉剪复合裂纹;倾角0°试样发生局部沿层理和局部穿越层理的复合张剪破坏,倾角15°~45°试样发生局部沿层理和局部穿越层理的剪切破坏,倾角60°~90°试样最终发生穿越层理的类X型剪切破坏;利用正交各向异性板理论计算孔洞周边应力分布,发现随着层理倾角的增加,孔洞周边应力集中系数的峰值也逐渐增大,且层理倾角为0°,15°,30°,45°的试样孔洞周边最大压应力出现在θ(θ为孔洞周边任意一点的极角)为74°,81°,86°,90°及关于原点中心对称的254°,261°,266°,270°处,同时试验中观测到相应的层理倾角试样分别在88°,85°,79°,70°及关于原点对称的271°,264°,262°,252°处萌生剪切裂纹,与理论分析结果吻合较好。层理方向与冲击载荷平行时,层状岩体中巷道围岩对冲击载荷的承载能力最弱。针对钻爆法分台阶开挖硐室或爆破施工中存在近距既有巷道,应合理布置爆破载荷的方向,避免层理方向与爆破载荷之间的夹角过小而导致巷道失稳。

陆相层状砂岩油藏开发计策协同组合研究

陆相层状砂岩油藏开发体系的关键是提出具有系统性、针对性和协同性的开发计策,构建"自然因素—人为因素"有序结构,使之符合油藏可持续开发的要求。从唯物辩证法的基本原理入手,提出协同对称法则的概念,并以陆相层状砂岩油藏开发体系为切入点,总结形成了一种分析开发计策协同对称的关系图版,准确定义了全面、均衡、精细三大开发协同形式的概念与标准,研究形成了"协同形式三分、驱动方式四分的开发计策协同关联三角支撑组合模式"的分析方法,涵盖了陆相层状砂岩油藏开发三大基本要素(层系、井网、能量)矛盾的解决方法,并结合实例展示了该分析方法能够以科学、协同对称的思维方式抓住问题的本质,及时提出有效的对策及方法,极大地提高了开发决策制订效率及科学性。

冲击荷载下层状砂岩变形破坏及其动态抗拉强度试验研究

针对层状砂岩的各向异性,探究了冲击荷载作用下层理角度对层状砂岩变形破坏的影响规律。加工制作了含软弱层理的砂岩标准试件,利用霍普金森杆试验系统进行了不同层理倾角下的砂岩动态巴西圆盘试验,并结合数字图像相关方法获得了圆盘试件变形场的演化云图。从破坏结果看,层理面与加载轴线之间的夹角对层状砂岩的变形破坏有显著影响。当软弱层理平行于加载轴线时,圆盘试件在加载端处首先产生应变集中,并随着冲击加载的作用迅速沿层理扩展,最终表现为从圆盘试件加载端向非加载端呈弧线形断裂的特征;当软弱层理垂直于加载方向时,圆盘试件中间首先形成多个应变集中区,表现为在加载轴线与软弱层理相交处萌生多个微裂纹,并在冲击加载的作用下微裂纹沿加载轴线不断相互贯通,最终形成径向扩展的宏观裂纹;当软弱层理面与加载方向成45°时,圆盘试件在加载端处首先沿层理方向形成显著的拉剪应变集中区,由于层理介质的抗拉强度和抗剪强度均低于砂岩基质体,因而表现为试件在拉、剪复合应力的共同作用下从加载端处产生多条沿层理面扩展的裂纹。从试验结果中还可以看出,在相同加载速率下,垂直层理试件的强度最高,水平层理试件的强度最低,倾斜层理试件的强度介于水平层理试件和垂直层理试件之间。随着加载速率的提高,不同层理方向的砂岩动态抗拉强度均呈线性增长的特征,但与无层理砂岩相比,含软弱层理砂岩的动态抗拉强度对加载速率的敏感程度较低。此外,层理角度对砂岩的开裂应变有较大影响,受剪应力的影响,倾斜层理砂岩的开裂应变高于垂直层理砂岩。

层状砂岩油藏周期注水动态参数优选

利用反映层状不均质性的二层地质模型 ,对层状砂岩油藏的周期注水开发进行了解析求解 ,研究了影响周期注水效果的主要因素 ,并对注入水的波动幅度和波动频率等参数进行了优选。结果表明 :在实际应用时 ,应使波动幅度达到实际允许的最大值 ;周期注水的相对波动频率ω =2时 ,注入水的波动频率与地层的振动频率达到共振 ,此时周期注水的效果最好 ;在油田开发实践中 ,为了达到最佳的开发效果 。

陆相层状砂岩油藏全生命周期协同开发

从唯物辩证法的基本原理与协同学入手,应用协同与对称的辩证关系,将协同学与油藏开发结合,创新形成了协同开发学理论,即应用协同作用与协同效应原理,重复利用原始剩余有序结构构建有序子系统,或重复人工创建有序结构构建有序子系统,因序利导,效应叠加,协同有序开发油藏的理论与方法。以协同开发学为基础,以陆相层状砂岩油藏为研究对象,文中明确了全生命周期协同开发的主要技术及评价指标,初步建立了全生命周期协同开发体系,直观形象地阐明了协同对称的增储增产开发计策组合模式及协同开发典型的扇贝型生命曲线特征。实例应用表明,全生命周期协同开发研究能够以科学、协同对称的思维方式抓住问题的本质,及时提出有效的对策及方法,为陆相层状砂岩油藏全生命周期高效开发提供了理论支持与技术引导。

双轴压缩下缓倾层状砂岩力学特性及损伤本构模型研究

为揭示缓倾层状岩石在双轴应力状态下的力学特征与损伤演化规律,开展15°倾角以内层状砂岩的双轴压缩试验。为准确描述层状岩石的损伤演化过程,采用等效应变原理,结合横观各向同性岩石的弹性本构关系和统计损伤力学理论,建立双轴应力作用下层状岩石的统计损伤本构模型,并对试样压密段进行修正。分别采用解析法和拟合法对统计损伤模型进行求解验证。研究结果表明:缓倾层状砂岩在双轴应力作用下,其峰值强度和弹性模量均随层理倾角的增大而减小,随侧压的增大而增大;试样在破坏时均表现出劈裂和剪切复合型破坏的形态,随着层理倾角增加,试样破坏的主控因素逐渐由穿切层面的剪切裂纹转变为沿层面的剪切裂纹,随着侧压增大,试样破坏时产生的宏观裂纹逐渐增多,试样被这些裂纹切割成块,甚至出现板裂状剥落破坏;在压密段采用拟合法、弹性段和峰值后区采用解析法所得到的模型曲线与试验曲线吻合很好,所建立的损伤本构方程可以较好地反映缓倾层状岩石在双轴压缩下的损伤效应。

厚层状砂岩崩落失稳机理及运动轨迹分析

厚层状砂岩具有层厚、块大、层面水平等特征,一旦崩落失稳,危害较大.根据工程地质基本原理对厚层状砂岩崩落失稳机理进行了分析,并采用RockFall模拟软件对落石崩落运动轨迹及运动过程能量变化进行了模拟研究.

层状砂岩力学行为各向异性与破裂特征

为揭示倾角对层状砂岩力学特性与破裂特征的影响,进行0°,30°,45°,60°和90°等5种倾角的单轴压缩试验,分析倾角对试样物理力学特性和破裂模式的影响,并结合声发射监测,分析微裂纹时空演化规律。研究结果表明:1)不同层理角度试样应力-应变曲线均经历压密阶段、弹性阶段、屈服阶段和峰后破坏阶段,各阶段区分明显。弹性模量与纵波波速均随层理角度增大而增大,而单轴抗压强度先变小然后增大,曲线整体呈现出“U”形,在层理倾角60°时为最低值;2)倾角从0°增大到90°时,破坏模式由“穿切层理面的劈裂型剪切破坏”转变“复合张剪破坏”再到“剪切滑移破坏”,最后转变为“劈裂张拉破坏”;3)试样压密段几乎没有声发射事件,在弹性段声发射事件数逐步增加,当加载到峰值强度时,事件数剧烈增加,峰后破坏阶段事件进一步累积,声发射事件阶段变化与应力-应变曲线描述的变形破坏阶段吻合,且声发射事件空间分布与宏观破裂形态基本一致;4)矩张量反演的震源类型T-k值点分布在不同阶段的变化规律反映了剪切、张拉、混合破裂比例变化。试验用层状砂岩横观各向同性性质明显,力学性质随着层理倾角变化而变化,层理倾角变化对试样破坏模式影响明显。

层状砂岩油藏协同开发优势渗流通道分布规律——以非洲M盆地P油田Y油组为例

利用岩心、测井、分析化验、吸水剖面、生产动态等资料,结合地质与油藏工程识别方法,分析非洲内陆裂谷M盆地P油田主力产油层Y油组的优势渗流通道,明确层状砂岩油藏在天然水体与人工注水协同开发时优势渗流通道分布规律与分布模式。结果表明:M盆地P油田Y油组优势渗流通道优先发育于以辫状河沉积相为主的YⅥ砂组正韵律砂体底部,厚层致密泥岩隔夹层促进优势渗流通道发育并限制纵向延展。优势渗流通道多与物源呈顺河道方向平行或小角度相交;发育于层间渗透率突进系数高(>1.25)、层间渗透率变异系数较高(>0.4)、层间渗透率级差大(>4.36)砂组的高渗砂岩层。研究区建立3个层次优势渗流通道分布模式,即砂组间水体控制、砂组隔层控制和砂岩层内韵律性控制分布模式。该结果为治理层状砂岩油藏优势渗流通道、提高油藏剩余油采收率、实现稳油控水提供地质参考。

层状砂岩静动力学特性对比

为研究层状砂岩在冲击荷载和静荷载作用下层状砂岩的力学特性,对层理倾角为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°的试样进行冲击压缩实验和静力压缩实验。对2种试验的结果进行对比分析发现:随层面倾角增大,砂岩峰值强度先减小再后增大;试样冲击压缩时试样峰值强度较大;静载条件下,随砂岩倾角的增大,弹性模量与强度均而先增加后减小再增加,冲击压缩时,随角度的增加,弹性模量的变化呈先增加再减小的趋势,强度的变化呈先减小后增大的“U”形;单轴压缩实验中,倾角为0°~75°试样发生剪切破坏,倾角为90°的试样发生劈裂和剪切混合破坏;冲击荷载作用下,试样在倾角为0°~60°时破碎形状为块状,在倾角为75°和90°时破坏形状为块状和片状混合。

对层状砂岩条件下煤层瓦斯压力测定准确性的研究

在层状砂岩中施工测压钻孔前,先对巷道进行喷浆、注浆处理,钻孔施工完毕后及时下足够深的套管,并采用注浆封孔等改进提高测压钻孔封孔质量,对提高煤层瓦斯压力测定准确性有着良好的效果。

层状砂岩层城市大断面公路隧道爆破施工优化研究

在复杂层状岩体中采用钻爆法开挖隧道时,可能导致围岩出现超欠挖和过度损伤等问题,不仅影响施工进度、增加施工成本,而且会威胁到施工人员安全以及隧道稳定性。基于此,文章以西南某城市公路隧道穿越层状砂岩段为工程背景,结合隧道的地质条件及赋存岩性特征,采用LSPP软件进行爆破参数优化研究,得到了砂岩段隧道的最优爆破优化方案。实际工程应用效果表明,优化后的爆破方案能够有效地控制隧道的超欠挖。

不同倾角层状砂岩单轴压缩及数值模拟试验研究

地下层状岩体存在节理、断层等结构面,层状岩体是许多基础设施和地下工程的载体,层状岩体具有明显的各向异性。为探明具有不同结构面倾角岩石的力学性质和破裂模式对水利裂缝扩展的影响,人工制作不同角度结构面的岩石模型,并开展单轴压缩试验和FLAC^(3D)数值模拟对岩样进行破裂模式和力学参数各向异性分析。结果表明当结构面倾角为0°时,试样发生劈裂破坏,宏观破裂面沿着结构面,结构面主导岩石的破坏模式;倾角为15°、30°和45°时,试样由劈裂张拉破坏逐渐转换为剪切破坏,宏观破坏面主要沿节理面发生,节理主导岩石破坏的作用开始逐渐削弱。倾角60°、75°和90°时,裂缝会穿过结构面,宏观破裂面不沿着节理层面。相同角度的饱水模型的单轴抗压强度明显降低,随着节理面倾角的减小,岩石单轴抗压强度出现先减小再增大的现象,图像趋势为“勺”形。研究结果可为矿区水力裂缝扩展趋势、岩层失稳破坏风险评估提供参考。

层状砂岩油藏小层沉积特征研究——以K油田Ю-Ⅳa小层为例

K油田为典型的多层系砂岩油藏,主要产层为侏罗系。地层划分为13个砂岩组、24个小层。之前的沉积特征研究一般以砂岩组为单位,随着开发的深入,油田整体进入中高含水阶段,层间差异较大,剩余油分布高度分散,需要对小层沉积特征进行更精细的研究,为分析井间、层间剩余油分布规律,调整挖潜措施提供地质依据。

单轴压缩条件下层状砂岩各向异性力学特征

层状岩体力学性质具有明显的各向异性特征,直接涉及工程设计论证和安全性等。文章通过单轴压缩试验获取了成都地区层状砂岩力学性质随层面倾角变化的规律,结果表明:岩体强度随倾角α的增加先减小后增大,整体近似呈"U"型变化的规律,并在45°左右达到最小值;弹性模量随着倾角α的增加呈现先减小后增加,在倾角α为30~40°段内出现最小值,90°时最大;泊松比随着倾角α的增加而增加,在0~30°增加较缓,30~90°增加较快。通过对岩体物理力学性质与α的拟合,获取了准确度较高的计算公式,为相关工程的设计论证和安全评价等提供了可靠依据。

边底水层状砂岩油藏油水界面再认识

边底水层状砂岩油藏具有油层薄、条带状分布,在开发过程中存在初期产量较高、含水上升较快、产液量较高,造成产油量急剧递减的问题,通过对比分析潜力油层的识别困难加大,重新认识开发层系的油水界面成为重点,本文描述对于小面积的边底水牙刷状砂岩油藏的油水界面的认识,从而为后期单井措施方向提供标准。

南宁江北引水干渠沟槽层状砂岩松动爆破施工研究

针对南宁江北引水千渠沟槽层状砂岩松动爆破施工中遇到的地层变化、雨季施工、边坡控制、爆破危害等问题，采取一系列施工技术措旌，为今后类似爆破工程降低施工难度提供参考。

层状砂岩各向异性力学特性试验研究

岩体的各向异性力学特性对工程安全稳定具有至关重要的影响。针对工程中常见的层状砂岩,设计进行0°,15°,30°,45°,60°,75°和90°等7种层理角度的单轴和三轴压缩试验,详细分析层理角度对岩体力学特性和破坏模式的影响。研究结果表明:(1)不同层理角度岩样的应力–应变曲线形态基本一致,均包括压密阶段、弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段,随着层理角度的增加,应力–应变曲线的压密阶段逐渐变短;(2)在单轴和三轴压缩状态下,层状砂岩各向异性特性明显,层理角度从0°增大到90°,弹性模量逐渐增大,而变形模量、抗压强度、黏聚力和摩擦角先减小后增大,呈U型分布,在0°或90°时达到最大值,60°左右时达到最小值;(3)随着围压的增大,其对层理弱面开裂滑动的限制作用逐渐增强,层理弱面对岩样的破坏模式影响效应逐渐减弱,不同层理角度岩样的力学参数差别逐渐减小,岩样的各向异性特性逐渐减弱;(4)层状砂岩的破坏模式与层理角度和围压的关系密切,可以归纳为3种类型:劈裂张拉破坏、顺层理弱面的剪切滑移破坏、局部顺层理弱面和局部穿越基质、层理弱面的复合剪切破坏。研究结论可为层状砂岩相关的工程变形稳定分析提供参考。