基于纤维加固砂土静力液化评估的超孔隙压力系数研究

纤维加固技术通过向土体中添加离散的抗拉纤维以改良土体的力学性能。通过对纤维加固疏松砂土开展不排水三轴压缩试验以分析其静力液化行为,并对比了不同超孔隙压力系数评估纤维加固砂土液化的可行性。试验结果表明,在不排水三轴压缩下,疏松砂土对静力液化异常敏感,而纤维加固可以有效阻止疏松砂土发生静力液化。纤维显著改变了砂土骨架在不排水三轴压缩下的有效应力路径,从而影响其液化行为。基于有效应力原理定义的传统超孔隙压力系数ru在评估纤维加固砂土的液化时具有明显缺陷。有效超孔隙压力系数r_(u)’和骨架超孔隙压力系数r_(u)^(*)为纤维加固砂土的液化评估提供了更加合理的指标。借助基于混合物法则的本构模型框架,骨架超孔隙压力系数引入了纤维的应力贡献,揭示了纤维、砂土骨架以及孔隙水的荷载分担机制。当r_(u)^(*)=1时,砂土骨架的有效平均应力减小为0,纤维加固砂土发生液化。

龙滩水库库区地震活动与水位的互相关分析及孔隙压力扩散系数估算

对广西壮族自治区龙滩水库库区2013年3月1日至2019年10月31日的地震数目与水位进行互相关计算,得到了地震活动对库区蓄水响应的延迟时间为37天,并通过替代数据检验确认了其可靠性。37天的延迟时间说明在水位达到峰值后地震活动开始快速增强,可能暗示着现阶段库水流体作用的影响主要局限在库区内。根据延迟时间和地震深度分布,以及周期性边界条件下孔隙压力扩散方程的解,在不考虑孔隙压力扩散与应力耦合时得到孔隙压力扩散系数D=(8.66±4.11)m2/s;在考虑孔隙压力扩散与应力耦合时得到扩散系数D=(1.72±0.82)m2/s。后者在物理上更为合理,说明现阶段孔隙压力扩散与应力耦合可能是诱发龙滩库区水库地震的主要因素。

利用X射线K吸收边成像法测量碘离子在岩石中的孔隙扩散系数

污染物质在岩层孔隙水中的扩散过程决定了污染物质在地下水与岩层之间迁移的速率,并进而影响其在环境中的迁移-转化过程。利用碘离子作为示踪剂,通过X射线成像法可以获得碘离子在岩石中随扩散距离和时间变化的扩散曲线,进而通过人工拟合获得孔隙扩散系数(Dp)以及孔隙度(φ)等重要参数,这是研究污染元素扩散行为的基础。但是在X射线成像过程中,岩石本底对X射线的吸收也会对示踪剂碘离子的成像造成干扰。本文使用X射线能谱CT利用X射线K吸收边成像法,在碘的K吸收边(33keV)两侧的能量区域(27~32keV和34~39keV)对样品进行成像,有效地减少了岩石背景干扰,获得碘离子的扩散曲线,并通过软件利用近似公式对扩散曲线进行拟合获得了灰岩中碘离子的孔隙扩散系数。在实验过程中,本文还通过改进扩散装置,对低浓度端溶液采用连续接收的方法,避免了管路中溶液死体积的影响。通过实验获得碘离子的岩石孔隙扩散系数Dp=(1.12±0.22)×10^(−11)m^(2)/s,并计算得到岩石孔隙度φ=0.02。此实验结果与文献中灰岩孔隙度范围(0.005~0.042)相符合。通过本次工作,验证了应用改进的扩散装置和X射线K吸收边成像方法测量碘离子在岩石中的孔隙扩散系数的可行性。

基于变孔隙压缩系数的深部低阶煤层渗透率实验

深部低煤阶煤渗透率研究可为深部煤层气评价选区提供关键依据。基于应力-孔隙压缩系数-渗透率三者关系理论分析,利用高温覆压孔渗透实验数据,构建了变孔隙压缩系数下深部煤层渗透率预测模型。实验结果显示,变孔隙压缩系数下渗透率的预测模型较定孔隙压缩系数下渗透率预测模型能更为准确描述深部煤层渗透率,老君庙矿区的初始孔隙压缩系数为0.09 MPa^(-1),孔隙压力随有效应力变化的衰减系数为0.07 MPa^(-1),且初始渗透率随着温度升高而降低。根据孔隙压缩系数的定义,计算得到孔隙压缩系数。计算结果显示:实测孔隙压缩系数与拟合孔隙压缩系数之间的相关性较强;随着埋深增加,定孔隙压缩系数较变孔隙压缩系数模型下预测的渗透率偏低,揭示了该地区深部煤层渗透率并非如前所预期之悲观,仍存在一定可采潜力。

P波波速与孔隙水压力系数B值关系的弯曲元试验研究

利用带有弯曲元波速测试系统的GDS应力路径三轴仪,测定了土体中P波与孔隙水压力系数B值,研究了土体P波信号随着饱和度的演化过程,并对比分析了孔隙水类别(自来水或无气水)、砂样中黏粒含量、土体类别对P波波速V_(p)与B值关系的影响。研究结果表明:当孔隙水为无气水或砂样B值达到一定值时,P波信号由两大部分组成,第一部分较第二部分幅值小但频率高,且不受有效围压和输入波初始偏振方向影响,可确定为P1波。当孔隙水为无气水时,V_(p)与B值大小无关且保持最大波速不变;而孔隙水为自来水时,在B值较小时两者关系与理论曲线趋势相近,随着B值的增大,V_(p)与理论值差距越来越明显。另外,V_(p)最大值与黏粒含量无关,且受土体类别影响较小,均大于纯水中P波波速。

顺北油田断溶体油藏孔隙压缩系数理论模型

孔隙压缩系数是计算油藏动态储量和弹性能量的重要参数,但断溶体油藏的储集空间复杂,孔隙压缩系数难以通过岩心实验获得,为此,以顺北油田为例,从连续介质和离散介质充填2个角度推导了裂缝的孔隙压缩系数模型,基于孔隙度加权方法,建立了断溶体油藏孔隙压缩系数模型。研究结果表明,裂缝介质的孔隙压缩系数与裂缝的面孔隙度、裂缝充填物的杨氏模量和泊松比有关,裂缝面孔隙度和充填物泊松比越大,裂缝的孔隙压缩系数越大;断溶体储集层的孔隙压缩系数介于溶洞孔隙压缩系数和裂缝孔隙压缩系数之间,更接近于溶洞孔隙压缩系数;采用常规方法计算断溶体油藏孔隙压缩系数,会低估油藏的动态储量。

油田开发中岩石压缩系数和孔隙度相关问题探讨

对为什么有人能得出在油田开发中低渗透储集层无应力敏感性,孔隙度不变和低渗透储集层开发无启动压力等错误认识进行了分析,指出了出现错误的根源:一是其错误的假设,二是对概念的随意替换。对岩石力学中的几个基本公式的渊源进行了追溯,以便人们可看到一些研究成果的本源。对岩石孔隙度和岩石压缩系数使用中出现的几个相关问题进行了分析和讨论。阐明了科学研究中如何防止错误的发生,认为只有继承和发展前人研究成果,才可能有创新,才是科学研究的真正出发点;歪曲科学概念,盲目否定前人成果是科学研究中的大忌。

对饱和土孔隙压力系数的探讨

在三轴试验基础上提出采用归纳定义方法来确定孔隙压力关系方程,其结论与根据弹性力学理论推导的结论是一致的,并指出了弹性力学理论推导过程中存在的不严密之处和理论适应性问题·

一种确定饱和土孔隙压力系数的新算法

在分析有效应力原理和孔隙压力系数测定重要性的基础上,解析分析了基于宏观半无限空间中、各向同性、微观三相介质构成的土体孔隙压力系数。利用常规三轴固结不排水试验,通过测量孔隙水压力获取孔隙压力系数。同时,利用毛细现象和平衡法则,推导出饱和土体的孔隙压力系数计算公式。

考虑颗粒变形和颗粒间变形的孔隙压缩系数

目前,油藏工程研究对岩石基础物性参数孔隙压缩系数争议颇多,其根本问题是对岩石的表观体积、基质颗粒体积、孔隙体积的应力应变机理尚不清楚。文中在对Terzaghi和Skempton 2个经典有效应力原理深入分析基础上,综合考虑颗粒变形和颗粒间变形,采用2种方法系统地推导了多孔介质的3个体积随流体压力变化的关系,建立了精确计算孔隙压缩系数的新关系式,并进行了规律分析与实例验证。研究表明:孔隙体积变化与颗粒变形、颗粒间变形同时相关,且多数岩石颗粒间变形远大于颗粒变形;孔隙压缩系数远大于表观体积压缩系数,表观体积压缩系数又大于颗粒压缩系数;"高孔高压缩"逻辑规律适用于表观体积压缩系数,而孔隙压缩系数由于孔隙体积自身是分母,与孔隙度负相关;孔隙压缩系数新关系式与实验测试结果和Hall图版反映的规律一致。

利用数字岩心抽象孔隙模型计算孔隙体积压缩系数

将真实孔隙简化抽象为长椭球孔、扁椭球孔和球形孔3种类型,基于细观力学理论建立数字岩心的三维抽象孔隙模型;结合Eshelby等效介质理论考虑不同类型孔隙微观结构变形的本构关系,在单孔、多孔和混合孔隙弹性变形条件下研究孔隙结构特征对孔隙体积压缩系数的影响。研究表明,数字岩心的孔隙体积压缩系数与孔隙度、孔隙纵横比以及不同类型孔隙体积占比有关:①长椭球孔孔隙压缩系数与孔隙纵横比正相关,扁椭球孔孔隙压缩系数与孔隙纵横比负相关。②孔隙纵横比满足高斯分布且纵横比均值相同,长椭球孔、扁椭球孔纵横比分布越集中孔隙压缩系数越大,相同应力条件下变形量越大。③孔隙压缩系数随孔隙度增大而增大。④孔隙度一定,扁椭球孔、球形孔越多岩石越容易发生变形,孔隙压缩系数越大;长椭球孔越多岩石越不容易变形,孔隙压缩系数越小。通过10种典型数字岩心样品孔隙体积压缩系数计算结果检验,数字岩心真实孔隙体积压缩系数解析计算方法可用于数字岩心样品的孔隙体积压缩系数计算。

正确对待岩石孔隙压缩系数是认识低渗透储层的基础——兼答《应科学看待低渗透储集层》一文作者

由于岩石的应力敏感性与岩石孔隙压缩系数有关,在油田开发中,岩石孔隙体积压缩系数和岩石压缩系数不能混淆。岩石的压缩系数较岩石孔隙体积压缩系数小,国内外许多学者通过实验已经证实,低渗透储集层比中高渗透储层有较强的应力敏感性,生产过程中不可将其忽略。同时,文章强调指出:实验是科学研究中一门基础科学,而且是检验真理的唯一标准。低渗透储层存在应力敏感性和启动压力是一种客观存在的科学现象,不属于一种实验假象;油气运移是学说而不是理论,油气运移的一些认识人们无法在实践中证实。

岩石孔隙压缩系数计算新方法

岩石孔隙压缩系数在无实验测定时一般采用经验公式获取,预测结果存在较大误差。应用物质平衡原理和分流量方程,提出了一种应用弹性阶段含水率预测岩石孔隙压缩系数的新方法。算例分析及实际应用表明,新方法的计算结果相对误差在5%以内。应用动态资料预测的岩石孔隙压缩系数更适合于油藏工程计算,为岩石孔隙压缩系数的预测提供了新思路。

岩石孔隙体积压缩系数表达式推导——兼答《低渗透储层很特殊吗》一文作者

从油层物理对孔隙度及岩石几种不同压缩系数的基本概念入手,采用2种方法推导出岩石孔隙体积压缩系数、岩石总体积压缩系数及岩石骨架体积压缩系数的关系式。此表达式的导出有助于储层孔隙度、渗透率变化规律的研究及油藏工程基础研究。

土坡稳定性分析中孔隙水压力系数的讨论

就土坡非饱和稳定性分析中几个关键性的问题进行分析,提出土条自重计算的土水分离算法.对定义在饱和区的孔隙水压力系数的合理性进行探讨,结果证明在计算入渗条件下大规模土质边坡稳定性时孔隙水压力系数将失效.针对这种情况,试图将其定义延伸到非饱和区,通过实例与降雨中土体水分增量的方法计算稳定性加以比较,以得到合理的延伸到非饱和的孔隙水压力系数.稳定性计算使用自编的土坡非饱和稳定性程序.

连续多孔材料孔隙水压力系数的推导

进行连续多孔材料的应力计算对分析其上部建筑物变形及稳定有着重要意义。连续多孔材料的实际应力及孔隙水压力系数是计算整体连续多孔材料受力的关键参数。利用弹性力学方法对饱和连续多孔材料进行受力分析,推导了连续多孔材料的实际应力与孔隙水压力的关系表达式,对连续多孔材料在轴对称应力状态下的两种受力情况进行了变形分析,分别推导了两种情况下材料的孔隙水压力系数表达式,并给出了试验验证方法。研究成果对连续多孔材料在基础工程中的应用具有指导意义。

储层孔隙度应力敏感性研究

在油气藏开发过程中,地层压力下降以后,研究储层孔隙度应力敏感性具有极其重要的意义。文中从孔隙体积应变的基本概念出发,推导出理论上的孔隙度应力敏感模型,提出了以孔隙应力敏感系数作为评价孔隙度应力敏感性的方法。孔隙应力敏感系数是建立在孔隙压缩系数变化的基础之上的,因此能比孔隙压缩系数更精确地描述孔隙度的应力敏感性。以此理论结果指导试验,将理论研究与实验规律相结合,在模拟地层条件下,对鄂尔多斯盆地下古生界马五段的18 块岩心样品进行了孔隙度应力敏感性实验研究。实验研究表明,该方法能更精确地描述储层孔隙度应力敏感性。实验结果与理论推导结果完全一致,进一步证明了理论推导的正确。

海拉尔油田孔隙结构特征分析

通过岩石薄片和储层特征分析知道,海拉尔油田为多类型的储集层油田,从上到下分布着4个砂岩体系,储层物性一般较差,变化大,各层的孔隙类型、孔隙度和渗透率各不相同。根据历年来海拉尔油田常规压汞法分析数据统计发现,海拉尔油田的微观孔隙结构参数与其孔隙度、渗透率有一定的相关关系,相对分选系数随渗透率、孔隙度的降低而增大;结构系数、分选系数、半径均值随渗透率、孔隙度的增大而增大;结构特征参数随着渗透率的增大而增大。

锂渣和荷载对不同龄期混凝土气体渗透性的影响

为研究持续压荷载和锂渣掺量对不同龄期混凝土气体渗透性能的影响,设计强度等级为C20、C30、C40的不同锂渣掺量的混凝土,取试样极限压应力的0.1倍、0.3倍、0.5倍作为试验施加的持续荷载,测定7 d、14 d、28 d、56 d龄期时各试样的抗压强度和气体渗透系数。通过分析不同水平持续压荷载下试样的气体渗透系数变化情况发现:应力比在0.3以下时,试样气体渗透系数多处于波动状态;应力比大于0.3后,气体渗透系数明显增大。应力比在0.3以下时,10%掺量的锂渣能显著降低试样的气体渗透系数,表明适量锂渣能有效降低混凝土在低应力比作用下的内部孔隙连通程度,并抑制应力作用下混凝土微裂纹的发展。

碱激发粉煤灰和矿粉固化淤泥的胶结体孔隙分布特征

通过压汞试验分析得到进汞曲线和孔径分布密度曲线,采用直剪试验、承载比试验测定固化淤泥胶结体的力学性质。提出采用孔隙分布系数(η)表征固化淤泥的胶结体孔隙分布的均匀程度,建立了固化淤泥的胶结体孔隙分布系数与抗剪强度指标和CBR值之间的定量关系。结果表明,固化淤泥的胶结体孔隙分布系数与其力学指标具有密切的相关性。孔隙分布系数越小,固化淤泥的胶结体孔隙分布越均匀,抗剪强度越高,CBR值越高;孔隙分布系数越大,固化淤泥的胶结体孔隙分布越不均匀,抗剪强度和CBR值越低。