岩石脆性及描述岩爆倾向的脆性系数

在对岩石脆性进行分析的基础上 ,提出了利用岩石的单抗拉和抗压强度 ,峰值前、后应变值来计算岩石的脆性系数 ,认为该系数是衡量岩爆倾向性的一种尺度 。

基于岩石脆性系数的压裂缝高度与宽度预测方法研究

在低孔隙度低渗透率与非常规储层压裂施工前要通过测井资料优选射孔段并预测压裂缝的高度和宽度,压裂后需对压裂效果进行检测和评价。以长庆油田姬塬地区延长组砂岩储层为例,从测井资料中提取岩石脆性系数,分析了岩石脆性系数对压裂缝延伸方向、延伸高度和宽度的影响。通过理论推导得出岩石脆性系数与压裂缝高、缝宽的对应关系,实现了基于岩石脆性系数的压裂缝高度与宽度的定量预测。提出了用压裂前后脆性系数大小变化进一步检测缝高、用压裂缝高缝宽定性判断油气井的产能高低的方法。将该方法应用于工区多口油井低孔隙度低渗透率层段的压裂设计与评价中,取得了良好的效果。

水泥矿物成分对砂浆脆性系数的影响

为了提高混凝土的抗裂性能,本文主要从水泥矿物成分对砂浆脆性的影响进行试验研究分析。通过外掺水泥矿物成分,研究水泥矿物成分种类和掺量对砂浆脆性的影响,降低砂浆的脆性系数,从而提高混凝土的抗裂能力。

大理岩应力脆性跌落系数的试验研究

岩石的应力–应变全过程曲线以峰值应力为界,通常分为破坏前区和破坏后区2个部分。由于岩石破坏后区的力学特性对诸多岩石类工程,如地下巷道、矿柱和岩爆等,具有重要的工程意义。因此,此方面的研究已受到理论界和工程界的重视。岩石的破坏后区一般处于非稳定状态,其力学响应难以用经典的应变软化模型来加以描述,而应采用脆塑性模型。使用RMT–150B型岩石力学试验系统,在轴向应变率保持为常数的条件下,对雅安大理岩进行常规三轴压缩破坏试验,得到不同围压下岩石的应力–应变全过程曲线。利用试验得到的应力–应变全过程曲线,获得大理岩的应力脆性跌落系数与围压的关系表达式,为采用非理想脆塑性模型对大理岩介质及其中的构筑物进行数值分析提供依据。

基于脆性模量系数的岩石应变软化及渗透率演化模型

岩石峰后应变软化力学行为及渗透率演化规律是岩石工程稳定性和安全性分析的基础。在三轴实验基础上分析了围压对岩石峰后应变软化力学行为的影响规律,提出了描述围压对岩石峰后脆性影响的新参数,即脆性模量和脆性模量系数,分析了脆性模量的物理意义和脆性模量系数方法的应用范围。基于脆性模量系数,结合强度退化指数、扩容指数、FLAC中的SS模型和体积应变增透率,建立了考虑围压影响的岩石应变软化模型和渗透率演化模型。利用本文模型较好地模拟再现了不同围压下Gebdykes白云岩变形和巴里坤砂岩渗透率的演化过程,验证了本文模型的合理性。将本文模型应用于某煤层开采过程中围岩变形和渗透率的动态演化预测,结果表明随着煤层开采,采动应力引起围岩变形、破坏,其渗透率也随之动态变化,本文模型能较好地再现煤层开采过程中围岩的渗透率动态演化规律。

脆塑性岩石应力脆性跌落系数的试验研究

岩石的应力—应变全过程曲线以峰值应力为界,通常分为破坏前区和破坏后区两部分。由于岩石破坏后区的力学特性对诸多岩石工程,如,地下巷道、矿柱和岩爆等具有重要的工程意义,因此,此方面的研究受到理论界和工程界的重视。岩石的破坏后区一般处于非稳定状态,其力学响应用经典的应变软化模型来模拟计算难以收敛,而可以考虑采用脆塑性模型。使用RMT-150B型岩石力学试验系统,在轴向应变率保持为常数的条件下,对雅安大理岩、贵溪红砂岩和大悟花岗岩进行了常规三轴压缩破坏试验,得到不同围压下岩石的应力—应变全过程曲线。利用试验得到的应力—应变全过程曲线,得到了各种岩石的应力脆性跌落系数与围压的关系表达式,为采用非理想脆塑性模型对大理岩介质及其中的构筑物进行数值分析提供了依据。

养护温度和矿物掺合料对蒸养混凝土脆性的影响

为了掌握蒸养混凝土的脆性特性,以脆性系数和冲击韧性为评价指标,研究了养护温度(20、45、55、65、75℃)及矿物掺合料对混凝土脆性的影响,并通过扫描电子显微镜和压汞仪分析了养护温度和矿物掺合料对混凝土水化产物微结构和孔结构的影响。结果表明,随着养护温度的升高或养护龄期的延长,混凝土的脆性系数增大,且蒸养降低了混凝土的冲击韧性,复掺粉煤灰和矿渣粉掺合料可以改善蒸养混凝土的脆性和抗冲击性能。较高养护温度导致水化产物结晶粗大,界面过渡区形成微裂缝和基体孔隙率增大,从而使蒸养混凝土脆性增大,复掺粉煤灰和矿渣粉掺合料改善了蒸养混凝土的孔结构和界面过渡区微结构。

红砂岩应力脆性跌落系数的试验研究

岩石的应力—应变全过程曲线以峰值应力为界,通常分为破坏前区和破坏后区两部分。由于岩石破坏后区的力学特性对诸多岩石工程,如地下巷道、矿柱和岩爆等具有重要的工程意义,因此,此方面的研究已受到理论界和工程界的重视。岩石的破坏后区一般处于非稳定状态,当软化速率较大时,其力学响应用经典的应变软化模型来模拟计算难以收敛,而可以考虑采用脆塑性模型。使用RMT-150B型岩石力学试验系统,在轴向应变率保持为常数的条件下,对贵溪红砂岩进行了常规三轴压缩破坏试验,得到了不同围压下岩石的应力—应变全过程曲线。利用试验得到的应力—应变全过程曲线,得到了红砂岩的应力脆性跌落系数与围压的关系表达式,为采用非理想脆塑性模型对红砂岩介质及其中的构筑物进行数值分析提供了依据。

海坝地区页岩储层脆性指数计算方法研究

针对页岩储层目前利用测井参数计算脆性指数主要有两种方法:弹性参数法与矿物组分法。这两种方法的计算结果在海坝地区龙马溪组计算结果差异较大。针对脆性矿物法中脆性矿物确定困难的问题,本文利用矿物的纵波、横波、密度的理论值来计算矿物对应的杨氏模量和泊松比。对矿物的杨氏模量和泊松比按大小进行排序,杨氏模量大且泊松比小的矿物为脆性矿物,确定了石英和黄铁矿为脆性矿物。针对弹性参数法中杨氏模量、泊松比上下限确定困难的问题,本文根据海坝地区龙马溪组页岩储层主要矿物的杨氏模量和泊松比的上下限值确定弹性参数法计算脆性指数中杨氏模量、泊松比的上下限值。本文以矿物对应的杨氏模量、泊松比理论值为基础,采用矿物的脆性响应系数来计算脆性指数,计算结果与弹性参数法计算结果基本一致,为没有测横波的井准确计算脆性指数提供了方法。

海坝地区页岩储层脆性指数计算方法研究

针对页岩储层目前利用测井参数计算脆性指数主要有两种方法:弹性参数法与矿物组分法。这两种方法的计算结果在海坝地区龙马溪组计算结果差异较大。针对脆性矿物法中脆性矿物确定困难的问题,本文利用矿物的纵波、横波、密度的理论值来计算矿物对应的杨氏模量和泊松比。对矿物的杨氏模量和泊松比按大小进行排序,杨氏模量大且泊松比小的矿物为脆性矿物,确定了石英和黄铁矿为脆性矿物。针对弹性参数法中杨氏模量、泊松比上下限确定困难的问题,本文根据海坝地区龙马溪组页岩储层主要矿物的杨氏模量和泊松比的上下限值确定弹性参数法计算脆性指数中杨氏模量、泊松比的上下限值。本文以矿物对应的杨氏模量、泊松比理论值为基础,采用矿物的脆性响应系数来计算脆性指数,计算结果与弹性参数法计算结果基本一致,为没有测横波的井准确计算脆性指数提供了方法。

不同含水率细砂岩软化效应及裂纹演化规律

为研究深部坚硬顶板浸水后其力学特性及裂纹演化规律,以潘三矿区-810 m细砂岩为研究对象,开展不同含水率单轴压缩力学特性实验研究,分析其软化效应敏感程度及脆性系数,揭示不同含水率细砂岩裂纹演化规律。研究结果表明:细砂岩含水率与其脆性系数呈负相关,含水率的增加降低了其峰值应力、峰值应变和弹性模量,减弱了岩石的宏观破坏程度;在外部载荷持续作用下,含水率的增加是诱导孔隙水反力提前出现的关键因素,同时会促进细砂岩表面水平应变增长;细砂岩表面最大水平应变与其裂纹发育存在潜在联系,其表面宏观裂纹在最大水平应变区域出现。研究结果可为坚硬顶板注水软化机理研究提供一定参考。

岩石脆性实验及压裂缝高度与宽度测井预测

随着长庆油田勘探开发的不断深入,低孔低渗储层已成为主要勘探开发对象,几乎所有井的储层都要经过压裂改造才有产能。储层压裂改造的规模需要考虑岩石脆性剖面变化特征,其脆性系数从岩石力学的角度间接反映了储层被压开的难易程度。以长庆油田姬塬地区延长组地层为例,通过岩芯三轴脆性实验数据(杨氏弹性模量和泊松比)得到岩石脆性系数,并用其校正测井计算的岩石脆性系数,由此建立连续的岩石脆性系数剖面。在此基础上,推导并建立了岩石脆性系数与最小水平地应力的定量关系式,实现了基于岩石脆性系数的储层压裂缝高度与宽度的定量预测、将此方法应用于工区多口油井的压裂改造工程中,取得了良好的效果,值得推广应用。

页岩受载变形特性及矿物组分对岩石脆性影响实验

在页岩气开采中,脆性不仅直接影响页岩的压裂效果和井壁的稳定性,也是储层甜点评价的重要指标。结合页岩的受载变形特性(应力-应变曲线)及其矿物组分对页岩脆性的变化规律进行了分析,并对采用3种不同指标得到的页岩脆性系数进行了比较。页岩的应力-应变曲线通过单轴和常规三轴压缩实验获取,页岩矿物组分采用XRD,XRF技术进行测定。结果表明:页岩脆性系数均随围压增大而减小,围压越大,破裂面越少,并呈现出由脆性向延性转变的趋势;脆性矿物含量越高,脆度越高。在进行储层压裂层位选择以及可压性评价的时候,要综合考虑现场地应力状态以及矿物组分的影响。脆性系数B_3与B_1的相关性更好,与北美普遍采用石英组分进行脆性系数评价相比,对于矿物组分复杂的我国南方古生界页岩,宜采用石英、方解石、白云石作为脆性矿物组分进行页岩脆性评价。

渝东南下志留统龙马溪组页岩矿物成分及脆性特征实验研究

水力压裂作业已被公认为实现页岩气工业开采的关键技术,压裂方案的设计离不开地层脆性特征分析。选取了渝东南龙马溪组露头页岩,从脆性角度对其压裂可行性进行了实验研究。结果显示:该区域页岩具有层理发育、致密、低孔、低渗等特点,具有储层改造的必要性。从矿物组分结果来看,龙马溪组页岩石英、碳酸盐等脆性矿物含量高,在49%～65%范围变化,平均含量为57%。黏土矿物含量低,同时不含强水化膨胀性的高岭土和蒙脱石。在此基础上,利用矿物成分及动态弹性参数计算得到的页岩脆性系数在49%～77%范围变化,平均值在57%以上,显示该地层脆性较好;与北美成功开采的储层数据对比,渝东南龙马溪组地层更适合压裂作业。根据北美页岩压裂实践经验,建议本区块页岩压裂设计中考虑到岩石脆性,选择液体用量多、支撑剂浓度低、支撑剂用量少的压裂液。

降低高强混凝土脆性的试验研究

采用外掺掺合料磨细矿渣、硅粉和粉煤灰及聚丙烯纤维的方法来研究它们对降低高强混凝土脆性的作用,并分析了相应的作用机理.结果表明:单掺磨细矿渣时,当其掺量为25%,则高强混凝土的脆性最低;磨细矿渣、硅粉和粉煤灰各自复掺时,高强混凝土脆性较单掺25%磨细矿渣的进一步降低,且降低幅度大致相当;三掺磨细矿渣、硅粉和粉煤灰时,高强混凝土脆性的降低幅度更大.当聚丙烯纤维的掺量控制在 0.24%以内时,高强混凝土的脆性随着聚丙烯纤维的掺加而降低;当聚丙烯纤维与硅粉复掺时,高强混凝土的脆性系数又进一步降低.

基于多维云模型的深井岩爆倾向综合评价

研究岩爆倾向性对深井矿山的安全开采具有十分重要的意义。以某矿山为研究对象,采用一维云模型与多维云模型结合的手段,选取岩石应力系数、岩石脆性系数及岩石弹性应变能指数构建指标体系,对不同开采中段的3种矿岩进行岩爆倾向性评价。结果表明:该矿山设计开采范围(50 m~-450 m中段)内,顶板围岩整体为弱岩爆倾向,矿体整体为中岩爆倾向,底板围岩整体为弱岩爆倾向。

矿物掺合料对水工高性能抗冲磨混凝土特性的影响研究

针对不同种类、不同掺量矿物掺合料的高性能抗冲磨混凝土开展试验研究,探讨矿物掺合料对混凝土抗冲磨性能的影响规律,分析矿物掺合料改善混凝土抗冲磨性能的机理。结果表明:掺入矿物掺合料后,混凝土的抗压强度、抗冲磨强度均有显著地提高,脆性系数有一定程度的降低;混凝土抗压强度提升高达7%,脆性系数降低了约5%;抗冲磨强度提高了12%~19%。研究成果可为抗冲磨混凝土配合比设计及工程应用提供参考。

姬塬地区岩石脆性实验及压裂缝高缝宽预测研究

随着长庆油田勘探开发的不断深入,低孔低渗储层已成为主要勘探开发对象,几乎所有井的储层都要经过压裂改造才有产能。储层压裂改造时需要考虑岩石的脆性剖面变化特征,脆性系数从岩石力学的角度间接反映了储层被压开的难易程度。本文以长庆油田姬塬地区延长组油层为例,通过岩心三轴实验数据(杨氏弹性模量E和泊松比PR)得到岩石脆性系数,并用其校正测井计算的动态岩石脆性系数,由此建立连续的岩石脆性系数剖面。推导并建立了岩石脆性系数BI与最小水平地应力Sh的定量关系式,实现了基于岩石脆性系数的储层压裂缝高度与宽度的定量预测。将此方法应用于工区多口油井的压裂改造工程中,取得了良好的效果,值得推广应用。

三轴加卸载下花岗岩脆性破坏及应力跌落规律

基于2种卸荷应力路径和常规三轴压缩试验,研究了加卸载条件下花岗岩的变形破坏及应力脆性跌落特征。卸荷条件下岩石变形主要是向卸荷(主)方向回弹或拉伸变形为主,而非或次卸荷方向的塑性变形很小,峰后应力应变曲线呈现明显的脆性特征。而加载条件下岩石以轴向压缩变形为主,且压缩塑性变形随围压增大而增大;卸荷条件下破坏岩石各种级别的张拉裂缝较多,张裂面一般垂直于卸荷主方向,高初始围压时双向卸荷甚至在次卸荷方向也可产生环形张拉裂缝。破坏围压较高时破裂面剪性特征相对明显,但剪性裂面一般追踪张性破裂面发展而成,并在剪切面两侧发育较多微张裂缝。而相对较高围压下常规三轴压缩岩石一般为剪切破坏,张性裂缝很少;常规三轴压缩岩石的应力脆性跌落系数随围压的增大而增大,而在卸荷条件下却随初始围压的增大而减小。相同初始围压时,卸荷条件下比加载时的应力脆性跌落系数小得多,方案Ⅱ在初始围压达到30 MPa时甚至出现负值,应力脆性跌落系数R依次为:RⅢ>RⅠ>RⅡ。

粉煤灰道路混凝土的强度与脆性特性研究

本文研究了粉煤灰、减水剂掺量与水灰比对粉煤灰道路混凝土抗压强度、脆性系数的影响。结果表明，水灰比是影响粉煤灰道路混凝土早期抗压强度的主要因素，掺入粉煤灰和减水剂有利于提高道路混凝土的后期强度、降低脆性系数。