分形理论在裂隙储层气水渗流模型中的应用

为研究储气库裂隙介质分形特点以及储层运行压力变化对储气库稳定性的影响,引入分形维数改进储层裂缝与孔隙系统中的气水相对渗流模型;基于有限元软件COMSOL模拟裂隙储层天然气注采渗流过程,研究含气饱和度、分形维数、裂隙尺寸比对储气库储层运行压力的影响。结果表明:储层介质中分形维数对气水两相相对渗透率的影响相反,储层运行压力与裂隙介质分形维数之间呈负相关关系;采用的计算模型考虑了裂隙储层的分形特点及气水边界条件,计算精度提高了3%。

煤岩介质对水压裂隙扩展的影响机理

为研究不同煤岩介质压裂条件下水压钻孔裂隙起裂压力、起裂位置的变化规律,通过梳理现有理论,对连续介质弹性理论和非连续介质断裂理论2种经典模型进行比较。以王家岭煤矿等9个矿井为研究对象,针对不同介质岩石钻孔的压裂条件,开展室内试验并对结果进行比较,采用比较分析法进一步研究围岩压力、抗压强度对裂隙起裂压力、起裂位置的影响规律。结果表明:不同应力环境中,侧压系数越大,2种介质岩石钻孔开裂所需的起裂压力越大,相差越大,差值(2种压力差与连续介质岩石起裂压力的比值)越小,当侧压系数大于2时,差值无限接近于0;不同介质岩石的抗压强度具有差异性,抗压强度越大,2种介质岩石钻孔起裂压力越大;连续介质理论中起裂位置与围岩压力、抗压强度呈正相关,非连续介质理论中起裂位置始终沿水平应力方向。岩石介质对水压裂隙扩展规律的影响,可以为理论模型的优选提供参考,同时有助于裂隙起裂扩展行为预测。

煤岩体裂隙集度演化理论模型

为了描述煤岩体内裂隙演化对其宏观力学特性的影响,引入了裂隙集度参量,从热力学平衡方程出发,推导出裂隙集度演化方程;根据岩石试件单轴压缩的全程应力应变实验结果,给出了单轴压缩下的裂隙集度演化方程和考虑裂隙集度对煤岩体力学性质影响的非线性弹性裂隙演化本构方程;通过单轴压缩煤岩试样实验数据值与理论值对比,两者吻合度相当高,证明了理论分析及其理论模型的正确性。

裂隙岩体水流-传热模型的理论计算和参数分析

在前期选用中国高放射核废物处置库重要预选场区——甘肃北山地区的花岗岩,设计制作裂隙岩体水流-传热试验装置,在进行模型试验的基础上,给出了试验模型的理论计算方法,对试验结果进行了验证,并分析了试验参数的敏感性。研究结果表明,理论计算得到的裂隙水温度时间变化规律和模型稳态温度分布与试验数据基本一致;垂直裂隙的出水温度对不同参数的敏感程度与具体的参数值有关,其中热源温度、岩石的热传导系数、水流速度、垂直裂隙的开度等均属于高敏感参数;邻近热源的垂直裂隙对模型温度分布起控制作用,明确其结构和水流特征对研究裂隙岩体内的热量运移和温度分布具有十分重要的意义。

利用Hudson裂隙模型分析井径变化对声波测井响应的影响

裂隙性介质因其复杂的结构和可观的藏储量一直是资源勘查领域的重点研究对象。基于Hudson裂隙理论对裂隙介质中不同裂隙参数(数密度、角度、纵横比)下变化井径的井场响应进行数值模拟,得到如下结果:在裂隙数密度较小的情况下,纵波、横波以及斯通利波幅度对井径变化响应较敏感;在裂隙角度较大的情况下,斯通利波幅度对井径变化响应较敏感;在裂隙角度较小的情况下,横波幅度对井径变化响应较敏感;在裂隙纵横比较小的情况下,纵波、横波以及斯通利波幅度对井径变化响应较敏感;在频率-波数二维谱中,随着井径的增大,波动激发强度峰值所在的频率带以及波动的首次激发频率都向低频区域移动。由此认为:弹性波在裂隙性介质中传播时在受井径变化的影响下产生规律性响应,应用Hudson裂隙理论模拟裂隙介质的井场响应可以系统地分析裂隙参数和井径变化对声波传播规律的影响,进而指导实地裂隙储层声波测井勘探工作。

突水系数法和板模型理论在煤层底板裂隙突水可能性预测中的应用

以袁店煤矿为例,从煤层底板岩石力学性质、底板隔水特征及底板岩性组合三个方面对煤层底板裂隙特征进行分析,同时采用突水系数法和板模型理论两种方法对煤层底板裂隙突水进行预测。两种预测结果均显示,在开采条件下煤层底板存在突水的可能性,开采该煤层时要制定合理的防水措施。

含裂隙储层模型数值模拟对比分析

本文从等效地质模型理论出发,总结、分析常用的描述含裂隙储层的Hudson模型和Cheng模型的理论基础,通过数值模拟分别获得了两种模型的独立弹性常数与模型裂隙密度之间的关系,分析含裂隙储层模型的优缺点和适用范围,为含裂隙储层的AVO响应特征曲线研究提供模型优选参照。

光滑裂隙水流模型实验及其机理初探

本文通过裂隙水室内模型实验研究，将理论值与实验作了对比分析，阐述了立方定律的适用范围，同时，对微裂隙水流运动亦进行了初步研究，在实验的基础上，通过机理分析和实验研究的总结，得出了微裂隙水运动不完全属于牛顿流体运动的初步结论。在紊流实验的基础上提出了一个半经验公式，经比较，与实测结果较为一致。

裂隙黄土的单参数二元介质模型

为了研究裂隙黄土的结构和变形特性,在岩土破损力学理论框架基础上,把裂隙黄土视作由胶结块和软弱带组合而成的二元介质,将二元介质模型运用于裂隙黄土的研究。通过模型计算分析,得到裂隙黄土的单参数应力应变关系,并将其与三轴试验结果进行了对比分析。结果表明,将岩土材料二元介质模型应用于裂隙黄土特性的研究具有较好的适应性。

含水平裂隙黏弹介质中的井孔声场传播特征

岩石介质具有粘滞性,黏弹性介质模型相对于弹性介质模型更为接近岩石介质的真实情况。裂隙介质是地球物理勘探中的一种常见现象,特别是水平裂隙在沉积岩薄互层中广泛发育。以Cole-Cole黏弹性介质为背景,基于Hudson裂隙介质理论,给出了纵横波速度、品质因子、各向异性与裂缝密度以及裂缝高宽比之间的关系。推导了含水平裂隙黏弹介质速度—应力方程的交错网格有限差分公式,对不同裂隙密度、不同高宽比介质条件下的井孔声场进行了数值模拟。模拟结果表明:井外地层中纵波和横波速度随裂隙密度增大而递减,振幅随裂隙密度增加而增加;井内纵波、横波的速度和振幅随裂隙密度的增加而减小。井外地层中的纵波速度随裂隙高宽比的增加而减小,纵波振幅横波速度和振幅受高宽比的影响较小;井内接收到的纵波的速度和振幅随裂隙高宽比的增加而减小,横波的速度受裂隙高宽比影响较小,横波的振幅随裂隙高宽比的增大而减小。

寒区裂隙冻岩隧道岩-水-冰力原位测试及冻胀力模型

为了研究寒区裂隙冻岩隧道冻胀力并建立合理的计算模型,以川藏公路雀儿山隧道为工程依托,组合利用水压力计、土压力盒和多点铂电阻温度传感器进行冻胀力原位测试,考虑静水压力,提出了裂隙成环贯通原位冻胀时的隧道宏观冻胀力理论模型,并将计算结果与原位测试结果进行了比较分析。研究结果表明:现场原位测试方法考虑了岩-水-冰在冻结过程中随时间和温度的变化特征,避免了对裂隙岩石细观结构模型的讨论,方案合理且易于实施;裂隙岩石冻结前水压力随径向深度增加而线性减小,径向1.5~2m围岩内裂隙水挤出形成急剧增压区间,靠近结构处水压力降到最低;原位测试得到冻胀压力0.615~3.355MPa,空间分布以拱顶处最小,拱腰处最大,冻胀力模型计算得到的冻胀压力约0.46MPa,去除水压力,裂隙成环贯通宏观冻胀力理论模型计算结果接近于工程实际。

Oda裂隙张量的DC模型在裂隙岩体渗流模拟中的应用

针对裂隙岩体渗流非均质各向异性的特点,我们用基于离散连续模型(discrete continuum model,简称DC模型)的方法,对裂隙岩体渗流和溶质运移进行了数值模拟。在此工作中我们采用Oda裂隙张量理论计算各个单元的渗透张量,组成整个渗流区域的渗透张量场;并采用具有"旋转不变性"特征的九点差分格式,来减少网格离散方式对数值模拟结果的影响;并对一benchmark test model(BTM)模型进行了数值模拟。模拟结果与BTM结果很吻合。

岩体裂隙的网络分析及渗流模型

本文首次运用图理论来阐述裂隙网络的基本构成和特点,并用数值矩阵将复杂裂隙系统的组构关系形象地表示出来,为岩体裂隙的数学描述提供了新方法,由此所导出的裂隙渗流离散数值模型能较好地描述岩体中渗流分布的极不均匀性和渗透空间各向异性机制,为解决工程中的裂隙岩体渗流问题做了新的探索。

岩体裂隙网络串并组合渗透率预测模型

由三次方定理表达形式的转变,提出新的基于两端水头差的裂隙本征渗透率概念,分别探讨了裂隙在并联和串联情况下的等效本征渗透率。继而由岩体裂隙网络中裂隙的串并联关系,提出了岩体裂隙网络串并组合渗透率预测模型,首次提出了裂隙网络岩体本征渗透率概念。分别应用UDEC软件和所提出的串并组合渗透率预测模型对简单"人"字形裂隙进行了分析计算,得到了完全相同的结果。对两种理论的对比分析表明,二者在解决问题时是互逆的过程。所提出的裂隙网络岩体串并组合渗透率预测模型在实际应用中较为方便简单,也为煤矿突水的预测及防治打下了基础。

裂隙岩体初始裂隙网络渗流模型研究

运用离散数学的图理论进行裂隙岩体裂隙网络连通性研究，建立了裂隙岩体初始裂隙网络渗流的离散数值模型．这一模型从根本上突破了经典的均质渗流理论．

孔隙-裂隙双重变形介质中的油水两相流动理论研究

在连续介质力学理论架构下,文章建立了饱和油水两相渗流与变形孔隙-裂隙双重介质耦合作用的理论来模拟裂隙砂岩储层中的油-水渗流,提出了基于双孔隙固相系统变形与油水两相渗流的全耦合力学模型;在对力学模型给予适当简化的基础上,应用解耦的有限元数值解方法对裂隙储层的两相流体压力、饱和度以及储层变形等参数进行了数值模拟;结果表明,裂隙储层流体运动主要由裂隙变形、油/水的PVT特性所决定。

综放开采覆岩破坏模型及导水裂隙带高度研究

为保障水体下采煤安全,提出一种新的导水裂隙带高度预测方法。通过构建岩层悬空完整力学模型、岩层悬伸破断模型和破断岩块力学模型,分析煤层上方岩层初次垮落机制、岩层悬伸破断机制和岩块结构失稳机制,进而提出一种综放开采导水裂隙带高度理论预测方法;用此方法预测沙坪矿某综放工作面的导水裂隙带高度,并将该理论预测结果与回归分析法和数值模拟方法综合预测的结果进行比较。结果表明:理论预测结果与回归分析、数值模拟预测结果基本吻合。

关于“基于宏细观损伤耦合的非贯通裂隙岩体本构模型”的讨论

袁小清等的论文《基于宏细观损伤耦合的非贯通裂隙岩体本构模型》,（以下称为原文）于2015年10月刊发在《岩土力学》第36卷第10期上。原文对耦合损伤理论进行了非常有意义的讨论,笔者有几点疑问,故提出与作者袁小清商榷。笔者采用符号参数如无说明,则其含义与原文相同。

基岩裂隙水研究现状与展望

针对基岩裂隙水既是宝贵资源但又对大型地下工程建设构成威胁,在综合分析国内外基岩裂隙研究成果的基础上,从概念、类型、基本特征、富集理论、运动机理和模型等方面论述了基岩裂隙水的研究现状和热点,针对生产应用实际列举了寻找、勘探基岩裂隙水的技术和方法,展望了拟深入研究的趋势,为基岩裂隙水运动理论的研究奠定了基础。

裂隙介质弹性性质研究

波在介质中传播 ,主要是受介质的弹性性质的影响 ,在各向同性的岩石背景上 ,含有裂隙 ,岩石表现为各向异性 ,裂隙的形状不同 ,各向异性的性质也不同。本文在Hudson模型基础上 ,应用单散射理论 ,研究了垂直定向分布的裂隙介质 (EDA )、水平分布的裂隙介质 (PTL )、正交裂隙介质 (ORA)、两组垂直斜交的裂隙介质 (EDA +EDA)等 4种类型裂隙介质的弹性性质 ,给出弹性参数计算公式 。