基于嵌套思路的饱和孔隙-裂隙介质本构理论

为了指导本构建模工作,需要建立饱和孔隙-裂隙介质的一般本构理论框架.首先,从混合物理论和嵌套思路出发,获得饱和孔隙-裂隙介质的能量平衡方程.其次,根据热力学功共轭特性确定了饱和孔隙-裂隙介质本构方程的应变状态变量和应力状态变量.再次,根据热力学局部平衡假定,获得饱和孔隙-裂隙介质的自由能势函数一般本构方程.最后,从一般自由能势函数本构方程出发,获得孔隙骨架和裂隙骨架变形相互耦合的各向同性线弹性方程.当孔隙骨架和裂隙骨架变形解耦时,该方程能够退化到Khalili线弹性方程.研究表明,在小应变情况下固相应变可分解为裂隙骨架应变、孔隙骨架应变与固相材料体应变之和;当混合物均匀化响应原理成立和流相材料本构模型与单相一致时,裂隙骨架应变、孔隙骨架应变、固相材料体应变、裂隙流相材料体应变和孔隙流相材料体应变分别唯一决定裂隙介质有效应力、孔隙介质有效应力、固相材料真实压力、裂隙孔压和孔隙孔压;当自由能函数是状态变量的二次函数时,可获得线弹性本构模型.

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。

孔隙、裂隙介质弹性波理论的实验研究

近年来发展起来的"孔隙、裂隙介质弹性波理论"提高了人们对实际岩石声学性质的模拟和预测的能力.作为对这一理论的实验验证和重要应用,我们将它用来模拟和解释岩石超声实验中测得的干燥和饱和岩石弹性波速度随压力的变化曲线.理论模拟的重要参数,如岩石的裂隙密度等是从实验数据反演得到的.结果表明:无论是孔隙度较高的砂岩,还是孔隙度很小的致密岩石,如花岗岩,该理论都能很好地描述岩石在干燥和饱和状态下纵、横波速度随压力的变化.造成波速变化的原因是岩石中裂隙在压力作用下的闭合和裂隙密度的减少.本文的结果还指出了将岩石裂隙密度作为描述岩石的重要物性参数,并给出了从实验室超声测量中确定这一参数的方法.

软弱介质充填裂隙的注浆加固机理试验及理论研究

注浆技术在隧道、矿山、地基处理等领域得到广泛应用,由于其加固软弱地质效果显著,其应用前景亦十分广阔。但对于软弱介质,注浆理论的发展远远滞后于工程实践,集注浆理论与实际于一体的综合注浆体系尚未建立。基于裂隙软弱介质充填岩体特性,设计了可充填软弱介质的平面裂隙实验台,研究浆液在软弱介质充填下的平面裂隙扩散形态,总结浆液扩散规律及分析注浆加固机理。通过被注介质密度和抗剪强度两个重要指标,揭示了被注介质在注浆前后基本物理力学参数的改变,直接反映了注浆对于软弱介质的加固效果。且为实际工程注浆参数的选定提供了一定的启示性作用,具备一定的应用意义。

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。

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 。

等效介质理论中裂缝密度的适用性研究

为了比较裂缝等效介质理论的预测精度,本文利用物理模拟的方法制作了一组9个裂隙密度模型,其中裂隙密度从0增大到12%,裂隙厚度和直径保持不变,分别为0.12mm和3mm.使用0.5MHz的纵横波换能器,采用脉冲透射法得到纵横波的速度和各向异性.然后,将基质的模量、裂缝填充物模量和裂缝参数代入等效介质理论中,计算出纵横波速度和各向异性随着裂隙密度的变化情况.通过纵横波速度的实测值与等效介质理论的定量对比,发现当裂隙密度小于12%时,Hudson理论和线性滑动理论对纵波速度的预测与实测值非常吻合.当裂隙密度小于8%时,Hudson理论和线性滑动理论对快横波速度的预测与实测值非常吻合.当裂隙密度小于9%时,各向异性自洽理论和NIA(非相互作用近似)理论对慢横波速度的预测与实测值非常吻合.通过纵横波速度各向异性实测值与理论计算值定量对比,发现当裂隙密度小于12%时,Hudson理论和线性滑动理论对纵波速度各向异性的预测与实测值更吻合;当裂隙密度小于6%时,各向异性自洽理论和NIA理论对横波速度各向异性的预测与实测值更吻合.

基于Hudson理论的VTI介质相速度模拟

天然裂缝储层的勘探和开发需要对地震波通过裂缝岩石的特征进行研究解释。由于其裂缝发育状况的复杂性,等效介质理论被广泛应用于裂缝岩石特征解释中。基于Hudson理论模型参数表征VTI介质P波、SV波和SH波的相速度。通过改变裂隙密度的大小,研究不同裂隙密度条件下P波、SV波和SH波的相速度随相位角的变化状况。

裂隙介质的等效弹性模量

详细推导了弹性场的Eshelby椭球包体理论 ,在此基础上推导了裂隙等效弹性模量的一阶近似式 (Hudson公式 ) .目的有二 ,一是填补国内文献中有关该方面研究的空白 ;二是阐明有关公式的来龙去脉及物理意义 ,便于正确的应用 .

孔隙裂隙型砂岩横波速度预测方法

在地震资料的AVO分析以及储层预测的流体识别分析等中需要横波速度信息,然而目前多数地区缺少横波速度测井,既没有岩石物理测试也没有VSP提供的横波速度信息.以往AVO和储层反演中的横波速度通常依靠经验公式或从纵横波波速度比为常数的假设中得到.这些经验公式往往精度很低,对于AVO特性包括弹性阻抗等特性描述不准确.特别是对储层中流体变化引起的AVO异常无法准确描述.为了获得准确的横波速度信息,我们采用Gassmann方程为基础的孔隙介质理论以及Lee提出来的方法建立了孔隙介质的横波速度模型.以此模型为基础,利用Thomsen的裂隙介质理论建立更加符合实际的含有裂隙的孔隙砂岩模型.预测的横波速度与实际的横波速度的对比证明了本文方法的有效性.

裂隙网络非连续介质渗流影响数值分析

随着工程活动的不断发展,工程安全性和地质环境的相互影响愈发的紧密,研究在复杂地质环境下岩土体的相互作用关系显得十分重要。文章对裂隙岩体模型和裂隙网络非连续介质渗流进行有限元分析,应用渗流程序进行连通裂隙网络模拟并结合工程算例计算裂隙网络渗流结果和稳定性核定,成果对于解决复杂裂隙网络的模拟和相关渗流计算具有一定的参考价值。

地震各向异性——多组裂隙对横波偏振的影响

通过对多分量地震资料的分析,我们发现随着频率的增加横波分裂时差减小.对于深部接收的VSP数据来说快横波的偏振方向保持不变,而对于浅层接收的VSP数据来说偏振方向却存在一个最大可以达到20°的旋转.尽管多尺度随机分布微裂隙岩石物理模型已经成功地模拟并解释了横波分裂时差随频率变化的现象,却不能解释与频率相关的横波分裂.据推测,如果微裂隙的排列方向和大裂隙的排列方向不同,利用低频信息获得的偏振方向将指示裂隙主方向,而利用高频信息获得的偏振方向则指示微裂隙方向.在背景多孔隙介质中存在多组裂隙的情况下,推导出垂直入射条件下横波偏振方向的解析式,给出了系统研究横波在介质中传播的方法.研究结果表明,横波偏振方向会随着频率的变化而变化,并且在入射方位、角度一定的条件下,是裂隙方位和密度的函数,这些认识可能有助于揭示观测到的、依赖频率变化的横波偏振现象.

基于等效介质模型的裂缝参数AVOA反演

对于裂缝储层内部的垂直剖面,裂隙弱度差可能为负值,而裂隙弱度为非负值,裂隙弱度递推反演方法和假设反射界面之上为各向同性介质的反演方法所得到的反演结果与真实裂隙弱度有较大差异。为此,根据裂隙弱度差等于一阶差分矩阵与裂隙弱度的乘积推导出了反射振幅与裂隙弱度的直接关系式,并将裂隙弱度非负值约束条件加入裂隙弱度反演方程中,构建了裂隙弱度纵波AVOA反演方法。模型试算结果证明了改进的裂隙弱度直接反演方法的有效性。利用塔里木盆地麦盖提地区实际纵波AVOA数据实现了法向和切向裂隙弱度以及裂缝密度反演,裂缝参数反演结果表明该区裂缝基本呈条带状发育,裂缝发育强度与断裂带密切相关,裂缝储层预测结果与测井和钻井资料吻合。

裂隙弱度参数的波场特征

本文将Schoenberg线性滑移裂隙介质理论应用到HTI(LSD)介质的弹性波波场数值模拟之中.主要针对描述裂隙状态的2个裂隙参数——法向弱度E_N和切向弱度E_T对波场的影响进行了有限元模拟.模拟结果揭示了E_N主要影响快波而E_T主要影响慢波的波场特征,通过E_N和E_T变化对应的裂隙含水程度说明了E_N对裂隙中的流体敏感而E_T主要反映裂隙本身的弹性特征.裂隙参数的这个性质对于该理论在裂隙探测和裂隙含流体检测方面的进一步应用具有重要意义.通过数值模拟进一步说明,对于裂隙介质而言,E_N和E_T比Thomsen参数的物理意义更为明确和直观.

泥岩裂隙的正演模拟方法研究

由于地震波波长远大于泥岩裂隙的尺度,因此只用Hudson散射理论建立泥岩裂隙的正演模型是不合适 的。根据Schoenberg的线性滑动理论、Hudson理论和HTI各向异性介质理论,将每条泥岩裂隙宏观上看作地 层中的一个柔性面,并用法向柔量和切向柔量来表示,柔量符合线性滑动边界条件,不同方向裂隙的切向柔量和 法向柔量可以进行矢量叠加。依据法向柔量和切向柔量与地层层速度的关系,讨论了利用线性滑动理论和 Hudson裂隙理论对泥岩裂隙进行描述的正演模拟问题,并对若干简单模型进行了计算,用成像测井资料对该模 型进行了验证。结果表明,用Schoenberg线性滑动理论和Hudson理论相结合建立起来的泥岩裂隙模型是正确 的。

裂隙参数对衰减各向异性影响的数值模拟

理论、观测和实验均证实,在地壳和上地幔存在对应力变化敏感的直立裂隙,在整体上呈现方位各向异性。在Hudson裂隙理论基础上,系统全面地数值模拟了裂隙介质几何、物性和弹性波频率等参数对各向异性衰减的影响。结果显示,裂隙密度、裂隙纵横比、泊松比、裂缝填充物、弹性波频率和未破裂岩石母体纵横波速度等对各向异性衰减有着显著影响,尤其是频率对衰减曲线的影响最大。各向异性衰减的数值模拟有助于了解裂隙参数对各向异性衰减的影响,此外,对物理实验的模拟是一个有益的补充。

一种三维正交方位各向异性介质岩石物理建模及弹性波正演模拟方法

通过线性滑动理论和岩石物理等效理论,将两组正交直立裂隙介质等效为一种正交方位各向异性介质进行三维岩石物理建模,通过高阶交错网格有限差分求解弹性波动方程模拟地震波在该种介质中的传播过程.在建模过程中改变物性参数,分析不同裂隙密度条件下的炮集和波场特征,以及正交各向异性的方位特征.研究结果表明,各向异性强度随裂隙密度等物性增大而增强,而且这些特征在共炮点道集和波场中均有所体现.

一种基于3D复杂介质的弹性建模数值方法

储层中的裂隙会导致介质表现出各向异性.传统等效介质方法假定储层可以被等效成为横向各向同性介质,不适用于复杂裂缝储层的弹性等效建模和各向异性特征分析.本文在前人研究基础上,利用最小二乘方法开展3D复杂裂隙弹性等效数值模拟研究,并与常规等效介质理论方法进行比较,验证数值方法的精确性.数值方法不仅能有效避免Hudson理论和Eshelby-Cheng理论等解析方法在大裂隙密度条件下的参数估计误差,而且兼顾裂隙扰动作用对等效介质参数的影响.数值研究表明,数值方法能够较好地描述复杂裂缝介质的各向异性特征,为复杂裂缝储层地震波各向异性参数反演提供依据.

基于双重介质理论的单裂隙核素迁移模型

该文以基于双重介质理论的单裂隙迁移模型为基础 ,介绍裂隙介质中放射性核素迁移行为的模拟方法。