致密油储层压裂裂缝扩展规律分析及影响研究

以鄂尔多斯延长组长7裂缝性致密油储层为例,开展致密油储层裂缝扩展实验研究,分析裂缝扩展的影响因素,并对裂缝扩展规律进行模拟分析,实验结果表明:长7致密油储层岩石杨氏模量、泊松比和抗压强度波动范围广,造成数值差异较大;矿物组成分布差异为3%~46%,平均值为16.85%左右;该区块储层岩石发育部分的天然裂缝,储层最大水平主应力和最小水平主应力差异较大,储层水平和垂直方向上的孔、渗、饱等物性差异较大。天然裂缝的形成和发展受自然裂缝存在与地应力场差异这两个关键因素的显著影响,长7储层原始状态下裂缝的形态呈现低角度。

基于DIC技术的自密实混凝土界面裂缝扩展规律研究

采用自密实混凝土作为堆石混凝土坝的抗冲磨层并与坝体进行一体化浇筑成型是一种新构造,其中抗冲磨层与坝体的界面性能至关重要。通过制作600 mm×600 mm×600 mm自密实混凝土(SCC)试件(C40SCC、C25SCC)及C40、C25SCC分层浇注试件(C40-C25SCC),结合数字图像技术(DIC)开展劈裂抗拉试验,分析了自密实混凝土界面裂缝扩展规律。结果表明:SCC断面破坏形态表现为骨料劈裂和剥落2种破坏形式;C40SCC、C25SCC及C40-C25SCC劈裂抗拉强度分别为1.861、1.416和1.362 MPa;基于DIC技术获取了裂缝相关参数,其中C40-C25SCC裂缝最大开口宽度、扩展时间均为最大,分别为0.125 mm、10.667 ms,C25SCC裂缝最大扩展速度最快,为10.12 m/s。研究表明:骨料的存在及粒径大小改变了试件破坏形态,影响了裂缝开口宽度及扩展速度变化。

钢桥面板顶板-U肋焊缝裂纹萌生特征及扩展规律

【目的】研究轮载作用下钢桥面板顶板-U肋焊缝裂纹的萌生特征及扩展规律。【方法】通过有限元方法建立钢桥面板节段模型,分析了不同轮载位置下构造的变形特征,明确了轮载位置与典型变形特征的对应关系,相应建立了3种局部简化模型。在局部模型的基础上根据应力分布确定了裂纹萌生特征,并基于断裂力学进行裂纹扩展三维数值模拟。【结果】模拟结果表明,在以顶板为主的变形条件下,顶板焊趾和顶板焊根的最大主应力明显大于U肋焊趾处,裂纹产生后Ⅰ型应力强度因子远高于Ⅱ型和Ⅲ型;在以U肋为主的变形条件下,顶板焊根和U肋焊趾处的最大主应力垂直于U肋厚度方向,裂纹产生后Ⅱ型和Ⅲ型应力强度因子占Ⅰ型应力强度因子K的20%~30%。【结论】实桥中轮载偏离焊缝正上方时,疲劳裂纹易从顶板焊根和顶板焊趾处萌生且沿顶板厚度方向扩展,以Ⅰ型裂纹为主;当轮载位于焊缝正上方时,疲劳裂纹易从顶板焊根和U裂焊趾处萌生并大致垂直U肋腹板扩展,属于Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合型裂纹,且扩展速率较快。

砂砾岩储集层水力压裂裂缝扩展规律与可压性评价

为探究准噶尔盆地二叠系乌尔禾组砂砾岩储集层水力压裂裂缝扩展延伸规律,采用真实破裂过程分析软件,研究砾石特征、地应力等因素对裂缝扩展的影响。根据数值模拟,研究不同条件下裂缝的扩展过程,描述岩石裂缝演化及形态,建立砂砾岩储集层可压裂性的评价模型。结果表明:乌尔禾组砾石强度和基质强度差异较大,砾石强度为216.62~2032.64 MPa,是基质强度的2~4倍,砾岩岩石力学特性差异明显;砾石含量较小时,裂缝扩展主要受主应力的影响;砾石粒径较小时,裂缝扩展方式主要为绕砾;随着粒径增大或砾石含量增加,砾石对裂缝的抑制和屏蔽作用明显,裂缝延伸距离减小;砾石强度与基质强度差异越大,裂缝遇砾石受阻越强,扩展方式越易由穿砾变为绕砾,降低了裂缝延伸距离。运用灰色关联法和层次分析法,综合考虑砾石特征、水平地应力差等因素,建立了砂砾岩储集层可压裂性评价系数计算模型,无因次压裂裂缝面积和米采液指数与可压裂性评价系数呈正相关关系。

基于离散元法的砾岩水力压裂裂缝扩展规律及主控因素

砾岩储层普遍具有低孔低渗、非均质性强等特点,地层起裂以及裂缝扩展难以控制,极大影响了砾岩储层的压裂改造效果。为了搞清砾岩储层水力压裂裂缝的形成机制,针对国内典型砾岩储层,采用数值模拟方法研究了砾岩储层裂缝的扩展规律及主要控制因素。结果表明:强度高、尺寸大的砾石对裂缝的阻碍作用较为明显,破裂压力随着砾石的强度和粒径的增大而增大;低胶结强度比有利于砾石对水力裂缝的“吸引”,进而形成曲折的裂缝延伸路径;水平应力差对裂缝延伸方向起主导作用,随着最小水平主应力的减小,地层起裂难度降低;通过随机森林对影响压裂缝扩展因素的重要程度进行分析,认为胶结强度比和水平应力差为影响压裂缝扩展的主要因素。研究成果为砾岩储层压裂的选层提供了理论依据。

青海共和盆地干热岩热储层人工水力致裂裂缝扩展规律

干热岩热储层裂隙的渗透性、连通性直接影响着其换热效果,水力压裂是增强裂隙特性的重要手段。为了掌握水力压裂时裂缝的扩展规律,以青海共和盆地GR1地热井3500~3705 m深度段为研究对象,通过对ABAQUS水力压裂模拟软件进行二次开发,模拟研究了基质的弹性模量、抗拉强度、水平主应力差及压裂液排量等主要因素对水力裂缝长度和宽度的影响规律。结果表明:4个因素对水力裂缝长度和宽度的影响范围由大到小依次为压裂液排量、基质的弹性模量、基质的抗拉强度和水平主应力差;在压裂液排量一定时,水力裂缝长度随基质弹性模量、水平主应力差的增大而增大,随基质抗拉强度的增大而减小,宽度随基质弹性模量、水平主应力差的增大而减小,随基质抗拉强度的增大而增大;在弹性模量、抗拉强度和水平地应力差一定时,水力裂缝的长度和宽度均随着压裂液排量的增大而增大。研究结果可为干热岩热能的开发利用提供一定依据。

层理特征对油页岩水力压裂裂缝扩展规律影响的数值模拟研究

目前水力压裂是油页岩储层开发的主要技术手段之一,油页岩层理特征的差异对压后裂缝形态起主要影响作用,目前研究大多聚焦在层理发育程度对裂缝扩展的影响,忽略层理厚度本身对水力裂缝扩展的影响。以鄂尔多斯盆地旬邑地区油页岩为研究对象,基于线弹性断裂力学理论,构建应力-损伤-渗流的水力压裂裂缝扩展模型,并采取全局FEM-CZM的数值模拟方法,分析层理厚度、层理间距、地应力场对水力压裂裂缝扩展的影响规律,对比不同影响因素下裂缝的破坏类型、裂缝长度和层理沟通面积。结果表明:(1)层理厚度影响层理面对水力裂缝的拦截能力,在层理厚度较大时,会导致裂缝在层理面上扩展的倾向更强,发生张拉破坏,所对应的裂缝长度和层理沟通面积更大。(2)层理间距影响水力裂缝到达层理面的时间,较小的层理间距水力裂缝会直接穿透层理面,较大的层理间距增加裂缝扩展的阻力,伴随层理间距越大,发生张拉破坏,水力裂缝长度和层理沟通面积越大。(3)地应力场决定水力裂缝扩展方向,垂向地应力差较大时,垂向应力会对层理有压实作用,导致更容易穿透层理面扩展,垂向地应力差较小时,水力裂缝在层理面扩展多发生弯曲、分支情况,所对应裂缝长度和层理沟通面积均增加。建议在压裂施工选址方面选择层理厚度较大、层理间距较大、垂向地应力场较小的区域,更有利于形成高效渗流传热通道,该研究可为旬邑地区油页岩水力压裂施工提供指导。

煤层气井压裂裂缝扩展规律分析

煤层中含有大量优质清洁的煤层气,通常使用水力压裂技术才能正常生产。由于煤层中含有大量天 然裂缝,所以压裂时压裂液滤失严重、裂缝扩展极其复杂。因此,了解煤层气井压裂的裂缝扩展对于指导高效开采 煤层气具有重要作用。通过统计分析中国石油在华北地区的5个试验区块的压裂施工资料,发现煤层压裂中地层 破裂压力梯度集中在0.0144～0.053MPa/m之间,施工压力普遍较高。使用井温测试法和大地电位测试法测量了 煤层裂缝的方位和高度,分析发现:压裂后的煤层裂缝一般都穿越其上下隔层,最大时裂缝的高度超过压裂层厚度 的4倍;裂缝的长度大部分为50～70m,形状基本以垂直裂缝为主,也有垂直裂缝和水平裂缝共生的情况,少数压 裂井出现单翼垂直裂缝。裂缝方向存在着随机性,但在某方向上出现的概率较大,说明裂缝扩展是地应力、局部地 层构造和煤层割理共同作用的结果。

湿干循环下压实膨胀土裂隙扩展规律研究

裂隙特征作为膨胀土裂隙性研究的基础,其定量化描述有助于膨胀土工程性质的深入探究。以膨胀土平面裂隙为研究对象,使用数码摄影获取多次湿干循环下的裂隙扩展图像,采用优化和改进的裂隙图像处理及裂隙特征提取方法,分析所获得的膨胀土裂隙各特征参数。结果表明:室内压实膨胀土表面裂隙率随着湿干循环次数增加而增大,且第二次湿干循环对裂隙率影响最为显著;裂隙发育峰值条数在第一次湿干循环后最多,总长度最大,而三次湿干循环后的裂隙条数和总长度较为相近;裂隙宽度随湿干循环次数增加而增大,且第二次湿干循环影响最为显著;同时,第一次湿干循环中主裂隙发育最明显,在第二次和第三次中宽度发育趋于均匀;通过裂隙方向玫瑰花图发现,裂隙主要沿着初始方向扩展,直至下一次湿干循环;裂隙发育方向在第一次湿干循环中是随机的,而在第二次与第三次中有较高相似性,表明湿干循环对裂隙发育方向的影响也主要发生在第二次。

页岩纹层结构对水力裂缝扩展规律的影响

根据鄂尔多斯盆地延科1井陆相页岩岩心特征,制备了岩性相似的混凝土样品。利用正交实验法四因素三水平设计原理,并采用真三轴水力压裂实验系统进行实验,以模拟水平主应力差、射孔套管与纹层的夹角、纹层厚度和间距对水力裂缝扩展规律的控制作用。结果表明:当水平主应力差较小时,试样的主破裂面为平行于纹层走向的面,一级裂缝走向的模式为:穿过纹层—在纹层层面处发生较大偏转—沿着纹层层面扩展—发生较大偏转—穿过纹层;当水平主应力差较大时,试样的主破裂面为垂直于纹层走向的面,一级裂缝走向的模式为:穿过纹层—发生较大偏转—穿过纹层。水平主应力差越小,裂缝偏转的角度越大,压裂效果越好;射孔套管与纹层的夹角越小,致裂性越好;页岩纹层的厚度适中时,分支裂缝多,压裂效果较好;凝灰岩纹层的厚度较小时,压裂效果好。水力压裂效果对水平主应力差最敏感,射孔套管与纹层的夹角次之。

电火花加工单脉冲放电通道直径扩展规律研究

电火花加工的加工表面是由一系列的脉冲放电凹坑叠加而成的,因此研究单脉冲放电通道直径的扩展规律,对研究电火花加工的工艺规律以及加工表面质量预测等具有非常重要的意义。研究脉冲放电通道的形成与扩展机理,讨论电压、极值电流、脉宽等放电参数对放电通道直径扩展的影响,并根据理论推导建立了单脉冲放电通道直径扩展的数学模型。以煤油作为电介质工作液开展了单脉冲放电试验,使用超景深显微镜对单脉冲放电凹坑的直径进行了测量,并把测量得到的单脉冲放电直径数据代入建立的数学模型进行回归求解。回归公式的计算值与试验测量得到的单脉冲直径数据吻合度较高。

沉管隧道地基砂流法处理的砂盘扩展规律试验与分析

为探索沉管隧道砂流法地基处理过程中砂盘扩展的规律,建造砂流法足尺试验模型,并针对砂盘实时探测的困难自制砂盘探测器,通过8次试验得到砂盘形状及其扩展尺寸在不同试验条件下随时间的变化关系。分析表明:砂颗粒在喷口周围呈环状沉积并逐步形成冲积坑和砂盘;砂盘顶部形成流缝和流槽,基本沿砂盘径向延伸,周向随机分布;砂颗粒从流缝和流槽中带出并堆积于砂盘外缘面上形成斜层状纹理结构。砂水比、边界条件、基槽间隙和板底粗糙度主要对砂盘扩展过程产生影响,而对砂盘的最终尺寸及密实度的影响并不显著。该试验结果可为洲头咀沉管隧道地基处理提供有价值的设计与施工依据及建议。

风化泥岩裂缝涌水及扩展规律模拟试验研究

为了研究风化泥岩裂缝涌水及扩展变化规律,研发了一种岩石裂缝涌水扩展试验装置。通过对赵固一矿现场岩样进行干燥饱和吸水率、点荷载强度等试验分析了不同层位风化泥岩的物理性质,根据物理性质的差异制作了两组风化泥岩岩石试件,并采用X射线衍射(XRD)试验测试了试件的矿物组成成分。通过设置不同的注水压力和裂缝宽度对两组岩石试件进行风化泥岩裂缝涌水及扩展模拟试验,得出了试验含水层水压力和裂缝通道涌水量的变化规律,并探讨了注水压力、裂缝宽度和岩石物理性质对风化泥岩裂缝扩展的影响,总结出水流作用下风化泥岩裂缝扩展规律。

热分层环境下船模尾流温度分布与扩展规律的试验研究

通过对船模在水槽中稳定热分层环境下运动后留下的尾流中的温度测量及红外摄像 ,试验研究了双螺旋桨船模在二种速度运动下 ,螺旋桨相对向内旋转、向外旋转及螺旋桨不工作时 。

爆炸载荷作用下刻槽炮孔动态裂纹扩展规律

基于准静态爆生气体膨胀和岩石断裂力学理论 ,建立了不耦合装药刻槽爆破时的脆性断裂爆破模型 .对刻槽炮孔内爆生气体压力、临界压力和应力强度因子进行了分析计算 ,从而得出了刻槽炮孔裂缝在扩展过程中 ,包括启裂、止裂条件、启裂方向、扩展长度和裂缝扩展速度等的变化规律 .此外 ,论文还对刻槽爆破时的动态效应进行了初步探讨 ,根据分析结果在大理石切割爆破中进行了刻槽试验 ,并和普通光面爆破效果进行了比较 .

基于损伤力学的疲劳裂纹萌生及扩展规律研究

针对金属构件疲劳裂纹的萌生、扩展寿命及其规律等问题,应用损伤力学理论与有限元相结合的方法,建立了计算疲劳裂纹全寿命的统一模型。引入附加载荷法,通过MATLAB编程计算,实现了对刚度矩阵的连续计算,并给出了编程的流程。通过对单个单元的损伤计算,得到了单元从无损到破坏过程中等效应力的变化;通过计算各个构件损伤单元寿命,进而给出了金属构件总体疲劳寿命。分析得到了微裂纹萌生及扩展寿命占总体疲劳寿命的80%以上,并应用有限元软件ANSYS模拟给出了缺口件裂纹萌生及扩展过程。理论计算的结果与试验数据对比基本一致,验证了本工作方法的准确性。

岩体复合型裂纹的扩展规律 Ⅰ.无水作用条件下

基于最大周向正应力理论 ,研究并给出了无水作用的复合型裂纹在不同应力状态下扩展的临界应力强度因子和扩展方向角。结果表明 ,①Ⅰ型裂纹将沿裂纹面延伸方向扩展而无分支裂纹 ,Ⅱ型裂纹沿与原裂纹面成 70 5°延伸方向扩展 ;②单轴拉伸应力状态下裂纹面有逐渐向垂直于荷载方向上扩展 ,而单轴压缩应力状态下裂纹面有逐渐平行于荷载方向上扩展 ;③双轴应力状态下 ,裂纹扩展方向不仅取决于原裂纹的倾角 ,而且与所受应力状态及σ3 σ1 有关。

基于嵌入黏聚单元法的页岩储层压裂缝网扩展规律

页岩储层压裂后形成的裂缝网络是页岩气有效开发的基础和关键,体积压裂过程中,对天然裂缝的发育形态的认识与人工裂缝的控制是压裂改造的关键和难点问题。为此,以四川盆地南部地区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组页岩储层为研究对象,基于批量嵌入黏聚单元法(BCZM)以及牵引—分离损伤理论(Traction—Separation Law,TSL)对天然裂缝空间展布及性质进行表征,并建立了富集天然裂缝网群的页岩储层有限元模型,分析了人工裂缝与水平层理、天然裂缝交汇的裂缝网演化规律。研究结果表明:(1)压裂过程中,压裂液会优先沿水平层理与人工主裂缝方向流动,驱使主裂缝不断与天然裂缝进行沟通,最终形成类似星形包络线的压裂改造区域;(2)星形改造区域关于井眼呈现对称分布,随着压裂作业的进行,当有效改造半径达到一定值后,改造区域几何面积趋于稳定;(3)井口压裂液注入排量对压裂缝网形态影响较大,实际施工时应选择合适的注入排量,过小的压裂排量会使地层中液体压力难以打开天然裂缝,而过大的排量又会导致人工水力主裂缝直接穿越天然裂缝而被层理捕获,最终不能形成复杂有效的网状裂缝。结论认为,开展页岩储层压裂缝网演化模拟对认识、预测及控制页岩储层压裂缝网形态具有重要的理论指导意义,将有助力我国深层页岩气开发。

电工陶瓷材料裂纹扩展规律的研究

本文应用双扭法研究了四种电瓷材料静态疲劳裂纹扩展规律。试验结果表明:在空气介质中,所有试验电瓷材料均存在明显的裂纹亚临界扩展现象,且随裂纹尖端应力强度因子(K_1)增大呈现三个阶段关系。在不同介质中,裂纹扩展的敏感性按下列顺序变小:水、空气和煤油。试验还表明电瓷材料静态疲劳裂纹扩展规律与材料的配方、环境和受力等因素有关。

冲击破岩时破碎区扩展规律数值模拟

针对动载定侵深破岩条件建立计算模型，应用动力有限元法，对楔形钎刃冲击破岩时破碎区扩展过程进行了研究．模拟结果表明：破碎区是随冲击载荷的增大自刃尖下方沿刃面方向向自由面扩展而形成的，且破碎角２θ≈１１６°．这结果与实验结果基本吻合，证明用数值模拟方法研究冲击破岩问题是可行的．