夹层型陆相页岩油储层压裂裂缝扩展实验研究

鄂尔多斯盆地延长组沉积了一套泥页岩及细粒砂质岩,具有丰富的页岩油资源,勘探开发评估资源量合计达十几亿吨。但页岩油储层可动性差、地层埋深浅,水平段层理、断缝、断层发育,裂缝扩展形态未知,体积压裂改造难度大。针对长7段井下储层获取的全直径致密砂泥岩岩心和页岩岩心,利用水泥包裹岩心方法开展真三轴室内压裂物模实验,获取水力裂缝形态,揭示弱应力场下页岩油储层水力裂缝扩展机理。实验发现,页岩油储层层状结构较密集,岩石颗粒之间胶结性较弱,压裂液容易沿着层理渗滤,在垂向应力与最小水平主应力之差小于2 MPa时,水力裂缝形态多为水平缝,压裂液主要沿层理或水平的天然裂缝渗滤;垂向应力与最小水平主应力之差增加到7 MPa时,会出现垂向穿层缝,形成局部台阶,最后被弱胶结层理面捕获后,沿层理渗滤延展。因此,压裂施工时,优选垂向应力与最小水平主应力差值较大的区域进行施工(井口位于山顶),有利于水力裂缝垂向延展,增加储层的体积压裂效果,提高页岩油产量和增大经济效益。

面向航拍路面裂缝检测的AC-YOLO

针对当前道路巡检智能化程度不足以及效率低等现状,为提高利用无人机道路巡检检测效率与检测精度,在YOLOv8s的基础上针对无人机航拍场景提出改进模型AC-YOLO,在主干网络引入动态大卷积核注意机制LSK-attention来扩展模型的感受野,提高对路面裂缝范围检测的准确性。在颈部结构设计多尺度特征融合策略,融入BiFPN网络,改善对细小裂缝的检测。替换损失函数为WIoUv3,优化梯度分配策略,使模型更加关注裂缝主体。在数据集UAV-PDD2023上进行实验验证,改进后AC-YOLO精准度达到0.895,较原模型提高0.128,mAP50达到0.791,提高0.071,F1得分提高0.051,模型大小减小8.5%,FPS达到了129,提高4%。同时采用不同任务验证了模型泛化性能,实验结果证明AC-YOLO具有更强的检测性能,能有效应用于无人机视角下的路面裂缝检测。

页岩储层非构造裂缝研究进展与思考

随着我国对非常规油气勘探理论的完善和技术的提高,页岩油气勘探开发不断获得突破,其战略地位也在不断上升。页岩储层的品质通常是制约其资源潜力的主要因素,其中裂缝是页岩油气富集、高产、稳产的关键。因此裂缝作为富有机质页岩储层重要的储集空间和渗流通道,其相关研究一直都是该领域内的重点。我国页岩储层内天然裂缝大量发育,而非构造裂缝同样比较发育,对页岩油气的富集和保存评价亦具有重要意义。目前对页岩储层构造裂缝的研究比较深入,而对页岩非构造裂缝的研究则相对薄弱。为此本文在充分调研近年来国内外页岩非构造裂缝研究成果的基础上,重点梳理了非构造裂缝的分类、识别与表征、主控因素、期次及演化序列等方面的研究进展。页岩储层非构造裂缝以成因和形态复杂、分布不规则、尺度较小为特征,依据成因机制差异可将其分为成岩缝、异常高压缝、层理缝和表生缝4个大类,它们的识别与表征目前主要还停留在定性描述的阶段;尽管不同类型的非构造缝主控因素存在差异,但均在不同程度上受控于沉积作用、成岩作用、矿物组分及含量、岩石力学性质,呈现出一定的共性。综合分析并指出了页岩储层非构造裂缝研究的关键问题及发展趋势:一是基于页岩储层岩心、薄片、成像测井、常规测井的典型特征,结合先进图像技术,建立不同类型不同尺度非构造裂缝综合有效识别与定量化表征新方法。二是针对页岩储层非构造裂缝的形成发育具有“多成因类型、多控制因素、多期次演化”的特点,并且页岩非构造裂缝的形成与演化与“古温压、古流体、古成岩”过程联系紧密。据此提出了利用页岩储层非构造裂缝中普遍存在的方解石等充填物的流体地球化学、同位素地球化学(C,O,Sr)及微区原位同位素年代学(U-Pb,Sm-Nd)等先进实验分析技术,综合确定页岩储层非构造裂缝形成时间和活动期次及演化序列是未来研究的关键手段。三是由页岩储层非构造裂缝发育程度与单因素主控因素之间的定性-半定量分析,向多个主控因素耦合控制下的非构造裂缝发育程度的定量研究方向发展,即采用数学方法确定不同主控因素对于裂缝发育程度影响的权重,并构建适合我国页岩非构造裂缝发育程度的综合指数与多个主控因素之间的定量关系模型。

水工高压隧洞钢筋混凝土衬砌裂缝开度数值模拟方法研究

水工高压隧洞常以裂缝最大宽度作为钢筋混凝土衬砌设计的控制标准,但针对大洞径、高水头隧洞的裂缝最大宽度计算,公式法存在一些局限性。许多专家学者尝试将数值模拟方法应用至衬砌裂缝宽度计算当中,但难以统筹考虑钢筋混凝土粘结滑移、裂缝开裂后的应力重分布等多重因素的影响。基于此,提出一种通过损伤模型指导布设虚拟裂缝单元以反应裂缝特征的方法,即首先利用考虑粘结滑移的混凝土损伤模型模拟钢筋混凝土联合作用下衬砌混凝土损伤随着荷载施加发展的过程,进一步对损伤集中区域增设虚拟裂缝单元以计算裂缝开展过程。经对比,采用该方法计算得到的裂缝最大宽度、发展规律与分布情况与既有文献相似,且计算收敛性好,实现了通过有限元算法精确且高效地直接得到衬砌裂缝宽度,在设计与运行安全预测方面具有较大的应用价值。

裂缝性储层天然缝与水力缝开启条件及扩展规律研究

为了揭示裂缝性储层天然裂缝与水力裂缝开启条件及扩展规律,降低水窜风险,采用地应力测试、天然裂缝观察、水力裂缝扩展试验及模拟等方法,系统研究了天然裂缝与水力裂缝开启条件及扩展规律、水平应力差对水力裂缝扩展的影响及天然裂缝与水力裂缝相沟通的净压力。研究结果显示,研究区的垂向应力σ_(v)>最大水平主应力σ_(H)>最小水平主应力σ_(h),垂向应力、最大水平主应力和最小水平主应力的梯度分别为0.025,0.020和0.017 MPa/m;研究区致密砂岩中裂缝滑动的临界压力梯度在0.018~0.020 MPa/m,平均为0.019 MPa/m;当天然裂缝内临界压力梯度超过0.020 MPa/m时,无效缝均转变为有效缝。水平应力差从0增至10 MPa过程中,水力裂缝长度逐渐增加;10 MPa应力差条件下所形成水力裂缝的长度约为0及5 MPa应力差条件下水力裂缝的1.52倍。压裂试验结果显示,当水力裂缝遇到局部发育的砾石颗粒时会发生一定程度偏转,之后会继续沿着原来方向延伸。研究区目的层天然缝张开形成分支裂缝条件下的裂缝沟通净压力梯度为0.003 MPa/m,该裂缝沟通净压力在4.5~9.0 MPa。研究认为,构建裂缝性储层中水力裂缝的非稳态扩展模式时,应综合考虑水平应力差、天然裂缝发育情况、岩性特征及压裂施工条件。

库车坳陷克深地区白垩系巴什基奇克组致密砂岩裂缝发育特征及地质意义

根据岩心、铸体薄片、激光共聚焦扫描电镜等资料,对库车坳陷克深地区白垩系巴什基奇克组裂缝发育特征及主控因素进行了详细研究,并探讨了其对储层物性和油气聚集效应的影响。研究结果表明:①库车坳陷克深地区白垩系巴什基奇克组为典型的致密砂岩储层,岩石类型以岩屑长石砂岩为主,主要发育剪切缝和张性裂缝,且以高角度缝和直立缝为主,未充填和半充填裂缝占比较大;克深A、克深B气藏裂缝的平面分布差异主要由构造位置和应力演化的不同所导致,其中克深A气藏裂缝有效性优于克深B气藏。②研究区不同构造部位的裂缝密度和有效性存在差异,背斜高点部位裂缝有效性最高,鞍部和翼部近断裂处虽裂缝密度大但有效性较低;砂岩中裂缝有效性高于泥岩;砂、泥岩厚度比与裂缝密度呈非线性关系,当砂岩厚度和泥岩厚度的比值达到6.1时,裂缝密度出现最大值,当比值大于6.1时,裂缝密度逐渐减小。③研究区裂缝的发育可提高致密砂岩储层的渗透率,裂缝网络系统可有效连接低渗透储层,提升了油气的成藏效率、运移能力和富集程度。

岛礁护岸结构裂缝缺陷内脉动压强特征试验研究

波浪作用下珊瑚礁礁坪上会产生高速波生流,在高速水流的冲击下岛礁护岸结构易发生破坏、失稳.因此,开展了珊瑚礁礁坪上波生流与有裂缝缺陷护岸结构相互作用的物理模型试验,对裂缝内脉动压强的频谱密度、特征值分布、强度分布等特征进行了研究和分析,揭示了护岸结构裂缝缺陷内脉动压强的变化规律.研究表明,礁坪上护岸结构裂缝缺陷特征位置处脉动压强的主频值与入射波频率对应.护岸结构上、下部沉箱间的裂缝入口处脉动压强分布较为平稳,沿裂缝缺陷逐渐延伸分布的各测点脉动压强脉动剧烈程度提升,且复杂湍流在裂缝缺陷内发生扩散且于垂直方向摆动幅度提升.同时,湍流的脉动作用在裂缝缺陷内形成的负压持续增大,导致中间位置脉动压强均方根值突增,突变数值约为入口附近7倍.当礁坪长度分别取1 m、2 m和3 m时,裂缝缺陷内中间位置处脉动压强系数分别约为入口处的1.59倍、1.49倍和1.46倍.裂缝缺陷内沿程各测点位置处的脉动压强系数对于大坡度礁前斜坡更为敏感,且礁前斜坡率越大,脉动压强系数越大.存在1个临界坡度,当礁前斜坡率大于临界坡度且礁上相对淹没度位于0.61~1.04时,脉动压强系数值下降约34%;当礁前斜坡率小于临界坡度时,脉动压强系数沿程分布与礁前斜坡率之间相关性较弱.

结合注意力特征融合的路面裂缝检测

为解决路面裂缝检测中裂缝漏检和定位不准的问题,提出一个结合注意力特征融合的可端到端训练的路面裂缝检测网络。基于Resnet-50结构设计,在特征融合部分添加注意力特征融合模块,通过注意力掩码学习,动态调整浅层特征与深层特征融合权重,突出有用信息,解决裂缝漏检问题;在编码器部分,改进浅层特征与深层特征的选取方式,提升特征融合效果和检测精度。实验结果表明,该网络在各项指标上均优于其它对比网络,具有较高的检测精度。

基于计算机视觉的藏式古建筑石砌体壁画墙裂缝生长变形监测

对单一背景下裂缝的定期检测研究已取得一定成果,但对复杂背景下裂缝预防性长期生长变形监测的研究尚处于起步阶段。该文综合古建筑壁画墙变形微量和不宜扰动的特点,基于计算机视觉研究了传统图像分割处理技术和裂缝图像智能语义分割神经网络模型,建立了一套非接触式、预防性生长变形监测系统。为降低壁画墙裂缝特有的彩绘壁画、环境光照及噪声等干扰,有效地将裂缝从复杂背景中分离出来,在传统阈值分割算法系统中,通过SIFT特征匹配和单应性矩阵的求解,解决图像视角差异问题,通过对比不同滤波算法,选择更适用于壁画墙裂缝分割的双边滤波算法与阈值分割相结合的监测算法;在智能语义分割系统中,采用多层卷积、采样和拼接等操作,去除多余特征,重构裂缝高级语义特征图,选择多步优化策略改进原U-Net模型网络架构,提升模型测试平均准确率至0.9899。监测12天典型藏式古建筑石砌体壁画墙裂缝,提取裂缝轮廓及裂缝骨架线等相关特征参数作为关键指标定量描述裂缝生长变化信息,发现:传统阈值分割算法二维特征指标(如裂缝面积、密度、宽度)的变异系数COV值处于4.50%~6.52%,改进的U-Net模型将传统方案中数据波动最大的裂缝面积COV由6.52%降至3.53%,提高了监测系统对壁画色彩、光照和阴影干扰的鲁棒性;系统中两类算法分别处理了不同视角下的同一裂缝的12张图像,输出的数据具备均匀一致性,COV不超过7%,证明了该监测系统为壁画墙裂缝的生长变形提供实时无损监测的技术可行性。

斜交框架桥力学性能和裂缝防治研究

实践证明下穿铁路采用框架桥是最佳方案,受地形和道路选线条件限制时,斜交框架桥应用更广泛。斜交框架桥力学特性复杂,除具有正交框架桥的受力特点外,还存在扭转和翘曲变形。本文以下穿铁路斜交框架桥为研究对象,开展其力学性能分析与裂缝防治研究。分别采用框架桥设计辅助软件DDQ和有限元ANSYS软件建模,以斜交框架桥的斜角角度、长度和梗斜倒角比为影响因素进行力学特性分析。研究结果表明:斜交框架桥挠度随着斜交角的增大而增大;斜交角小于30°时,框架桥受力特性接近正交框架桥,应力和位移随长度变换也较小;当斜交角大于30°时,应力和位移随框架桥的长度变化较大;梗斜倒角比对框架桥的受力产生一定影响,最优的倒角比例为1:1;采用软件DDQ设计斜交框架桥,具有较大安全储备性能。在施工和设计过程中,注意地基不均匀沉降引起结构裂缝,并选择合适的水泥和集料,合理设计混凝土配合比,避免温度裂缝。

塔里木盆地顺北4号走滑断裂带分段地应力特征及裂缝分布预测

以塔里木盆地顺北地区走滑断裂带发育背景为基础,利用地质力学理论分析顺北4号走滑断裂带不同分段地应力状态、断裂周缘裂缝系统及单井产能特征。根据纵横波测井与岩石力学实验获得的储集层力学条件,构建三维地质力学模型,并基于弹塑性理论,利用有限元数值模拟方法,预测了走滑断控模式下目的层裂缝发育特征。研究表明,断裂带各段地应力模式不同;地质单元结构差异控制地应力分布,裂缝高密度区多呈条带状分布于断裂两侧或断裂之间;在安德森Ⅰa型、Ⅲ型地应力模式下,裂缝高密度区油气井具高产特征。明确了顺北走滑断裂带不同分段的地应力条件、裂缝发育特征及单井油气高产的主控因素。

T形梁混凝土裂缝防治

分析T形梁混凝土产生各种裂缝的成因 ,提出相应的纠正和预防措施。

水泥稳定砂砾基层裂缝的防治措施

本研究聚焦于土木工程领域的一大难题——水泥稳定砂砾基层的裂缝问题。在我国公路建设中,水泥稳定砂砾基层因成本低廉、路基效果优异而被广泛应用。然而,裂缝频发严重影响了其使用寿命和整体质量。针对这一问题,本文深入探讨了裂缝防治的有效措施。首先,我们系统分析了影响裂缝产生的关键因素,如水泥含量、紧实度、砂砾粒度及水分含量,为后续防治工作奠定了理论基础。通过一系列实地实验与模拟分析,我们验证了多种防治策略的有效性。这些策略包括优化水泥配比、改进紧实工艺、引入高效防裂剂以及创新的人工制造裂缝处理技术等。研究结果显示,这些防治措施不仅显著降低了裂缝的发生率,还有效改善了裂缝发生后砂砾基层的整体性能。这一研究成果对于提升我国公路施工质量、延长公路使用寿命及降低维护成本具有重要的实践指导意义。

基于M-Unet的混凝土裂缝实时分割算法

针对主流深度学习裂缝分割算法消耗大量计算资源、传统图像处理方法检测精度低、丢失裂缝特征等问题,为了实现对混凝土裂缝的实时检测和在像素级水平上分割裂缝,提出一种基于轻量级卷积神经络M-Unet的裂缝语义分割模型,首先对MobileNet_V2轻量网络进行改进,修剪其网络结构并优化激活函数,再用改进的MobileNet_V2替换U-Net参数量巨大的编码器部分,以实现模型的轻量化并提升裂缝的分割效果。构建包含5160张裂缝图像的SegCracks数据集对提出方法进行验证,试验结果表明:优化后的M-Unet裂缝分割效果优于U-Net、FCN8和SegNet等主流分割网络和传统图像处理技术,获得的IoU_Score为96.10%,F1_Score为97.99%。与改进前UNet相比,M-Unet权重文件大小减少了7%,迭代一轮时间和预测时间分别缩短了63.3%和68.6%,IoU_Score和F1_Score分别提升了5.79%和3.14%,并且在不同开源数据集上的交叉验证效果良好。表明提出的网络具有精度高、鲁棒性好和泛化能力强等优点。

基于声发射的木材裂缝数量辨识研究

针对木材裂缝缺陷,提出一种基于声发射的木材裂缝数量识别方法。首先,在试件上人为依次制作1 mm×9 mm(长×高)的4条裂缝,在裂缝的一侧通过折铅的方式产生声发射(acoustic emission,AE)信号,另一侧放置传感器,信号采样频率设置为2 MHz。然后,通过粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)确定变分模态分解(variational mode decoposition,VMD)的分解层数K和惩罚因子α,并将原始信号分解为具有不同频率的本征模态(intrinsic mode function,IMF)。接着,随机选择5组信号进行VMD分解,并对分解后的IMF构成的矩阵进行奇异值分解(singular value decomposition,SVD),得到相应的奇异值向量,再由5组奇异值向量组成标准矩阵。最后,由测得的AE信号,分别与标准矩阵计算马氏距离,并依据最小判别原则,判定裂缝数量。结果表明,PSO-VMD-SVD方法能够方便提取出AE信号特征,并通过计算马氏距离进行裂缝数量判别,判别正确率为92%。

缝洞型碳酸盐岩水平井压裂裂缝沟通效果模拟

顺北油田超深油气资源主要存储于碳酸盐岩缝洞中,水平井压裂开发时,井筒方位往往不是最小地应力方向,压裂裂缝容易发生转向,使得储集体沟通效果不理想.为提升压裂裂缝的沟通效果,采用基于离散格点理论和合成岩体技术的数值模拟方法,建立碳酸盐岩储层模型、单溶洞体模型和多缝-洞体模型,系统研究井筒方位角、地质参数(水平应力差和溶洞体孔压)和施工参数(排量和黏度)等因素对裂缝扩展路径及溶洞沟通效果的影响.研究结果表明,偏转半径随井筒方位角、排量和黏度的增大而增大,当排量大于2.88 m^(3)/min时,裂缝转向半径保持稳定;溶洞体孔压越小,溶洞体对水力裂缝扩展的排斥效果越明显;水平地应力差值越大,溶洞体对水力裂缝扩展的影响效果越小,当达到30 MPa时,地应力差完全主导裂缝的扩展;多缝-洞体储层中,随着井筒方位角、排量与黏度增加,裂缝横向沟通距离增加.井筒方位角大于30°或排量超过9 m^(3)/min时对横向沟通距离的增幅减缓;随着施工液量增加,裂缝垂向延伸距离和最大缝长增加;天然裂缝密度增加,裂缝的垂向沟通距离逐渐减少.研究成果可为碳酸盐岩储层酸化压裂方案设计提供理论指导.

低渗透油藏压驱裂缝展布特征及影响因素

压驱技术为低渗透油藏效益开发探索出了新途径,但尚有诸多机理问题认识不清。针对压驱注水涉及岩石断裂损伤过程,基于三轴应力流固耦合实验装置、智能渗透率场反演装置和微米CT扫描装置等,建立了压驱物理模拟方法,明确了压驱裂缝展布特征及影响因素。结果表明:压驱注水对井周岩石造成区域性非均衡损伤,储层岩石在较大排量范围内均有破裂特征;压驱裂缝展布受注入流体黏度、排量影响,在注入参数达到岩石破裂条件下,注入排量和流体黏度越低,越有利于形成复杂缝网,随着注入流体黏度和排量的提高,压驱裂缝开度增加。研究成果可为现场压驱提供理论指导。

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷井井子沟组微裂缝微观特征及成因

笔者等利用岩芯、薄片、扫描电镜和分析化验等资料,开展了吉木萨尔凹陷井井子沟组致密砂岩储层微裂缝特征分析,并揭示了微裂缝成因。研究表明:①基于裂缝与颗粒之间的分布关系,将井井子沟组致密砂岩储层微裂缝分为粒内缝、粒缘缝和穿粒缝3种类型,其中粒内缝最发育,穿粒缝次之,粒缘缝最不发育;利用延伸长度、面密度和开度等参数评价了3种类型微裂缝分布,研究区开启性裂缝占60%以上,以穿粒缝开启性最好。②微裂缝发育控制的因素主要有构造作用、岩石成分和结构等,微裂缝主要发育在中砂岩、细砂岩中,颗粒粒度越粗、分选越好,微裂缝越发育;储层抗压能力较弱,致使粒内缝和穿粒缝的成为主要微裂缝类型;点—线接触使得颗粒间的接触面积较小,有利于微裂缝发育。③研究区微裂缝成因主要为原生、成岩和构造成因,粒内缝为原生成因和成岩成因,粒缘缝为成岩成因和构造成因,穿粒缝为构造成因,穿粒缝有助于储层渗流能力的发育,是优质储层发育的有利因素之一。研究成果对于准噶尔盆地致密砂岩储层微裂缝的成因及优质储层评价具有指导意义,并对类似地质条件的致密储层油气勘探可以起到一定的借鉴作用。

裂缝性储层天然缝与人工缝耦合机理及水窜预防井网调整

裂缝性致密砂岩储层开发调整方案的制定需系统开展天然缝、人工缝耦合关系评价。以南襄盆地东南部裂缝性致密油砂岩储层为例,开展了致密砂岩储层岩石力学、地应力、动静态天然裂缝及人工缝压裂扩展模拟等研究,并对水窜诱因及井网调整措施进行了讨论。研究结果表明,根据差应变及压裂测试结果,工区目的层现今地应力为张性应力状态,水平最大及最小主应力差(σ_(H)-σ_(h))值主要分布在4~11 MPa之间;此外,动、静态裂缝分析均显示,发育近WE向及近NE向2组天然缝。压裂模拟结果显示,水力裂缝明显受天然裂缝发育特征的控制。当储层中发育WE向及近NE向2组共轭天然缝时,随着天然缝密度的增加,人工缝长度近乎线性降低;当天然缝发育程度较低时可形成长水力缝,而当天然缝发育程度较高时,水力缝主要为短缝。当储层中仅发育WE向1组天然缝时,随着天然缝密度的增加,水力缝长度与改造面积先快速增加,后趋于稳定;且当天然缝发育程度较低时主要形成短缝,而当天然缝发育程度较高时,水力缝主要为长缝。天然缝的组系、方向及发育程度影响水力缝扩展规模及方向。另外,引起核桃园组三段水窜的原因包括天然缝带的连通性、构造因素、天然缝与人工缝的连通。早期压裂人工缝在后期压驱中会起到类似于天然缝的作用。综合考虑已有井网形式、原油分布、构造、天然缝及人工缝耦合关系,提出针对不同区域天然缝特征差异使用不同井网调整措施的技术方案。

基于衰减各向异性理论的叠前裂缝预测技术及应用

天然裂缝对致密气和页岩气气藏的富集和高效开发有重要的支撑作用,地震裂缝预测则是部署钻井前的关键环节之一。然而,受地表复杂的采集条件、多变的处理流程和目的层岩性突变等因素影响,地震波在振幅和速度上可能表现出“伪方位各向异性”,导致传统的OVT域叠前各向异性裂缝预测的精度下降。在传统方位各向异性理论的基础上,从储层和裂缝对地震波的衰减出发,基于等效介质理论推导了衰减各向异性反射系数近似公式和方位衰减弹性阻抗(QVAZ)方程;结合贝叶斯和组稀疏反演方法建立目标函数,经过求解弹性矩阵获得相应流体项和裂缝弱度等参数,并实现三维裂缝密度高精度预测。利用单井数据进行试算,明确了衰减各向异性对裂缝的敏感性;结合实际钻井和OVT宽方位地震数据,反演分方位衰减弹性阻抗得到裂缝密度等关键参数,这些参数与钻井FMI成像测井解释的结果吻合度较高,证实了方法的可靠性,一定程度上避免了“伪方位各向异性”的现象。