国家自然科学基金(51104144)
- 作品数：17 被引量：576H指数：14
- 相关作者：杨春和王磊郭印同衡帅侯振坤更多>>
- 相关机构：中国科学院武汉岩土力学研究所重庆大学中国石油化工股份有限公司更多>>
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- 相关领域：建筑科学石油与天然气工程矿业工程理学更多>>
- 基于室内水力压裂试验的水平井起裂模式研究被引量：15
- 2015年
- 为研究水平井水中水力裂缝的起裂模式,利用露头介壳灰岩开展室内水平井水力压裂试验,通过压裂液中添加示踪剂、泵压曲线分析、声发射监测定位、压后试样剖切观察等手段对井壁处水力裂缝的起裂和扩展现象进行描述和分析。得到以下结论:(1)水力裂缝的起裂模式可归纳为3类:I型——单一横向裂缝、II型——多条横向裂缝、III型——纵横交叉裂缝。(2)每种起裂模式有特定类型的泵压曲线与之对应:I型起裂模式对应的起裂压力较小,起裂后压力有较大幅度跌落;II型起裂模式对应的起裂压力较大,起裂后压力持续升高,波动剧烈;III型起裂模式对应的起裂压力较大,但起裂后压力波动较小。(3)试样中水力裂缝的起裂模式具有随机性,且起裂压力具有较大的离散性。(4)声发射的活动性能够较好地反映水力裂缝的起裂扩展,水力裂缝起裂的瞬间,声发射活动性最强。(5)声发射事件点子密集分布的区域与实际的水力裂缝位置有较好的一致性,可利用声发射定位结果初步判断水力裂缝的分布。(6)在较高的排量下,水平井更容易形成单一横向裂缝,而在低排量下水力裂缝的起裂形态可能更趋向于复杂,排量是影响水平井起裂模式的一个关键因素。(7)可尝试结合现场压裂泵压曲线推测储层水力裂缝的起裂与扩展。
- 王磊杨春和郭印同衡帅魏元龙侯振坤李丹
- 关键词：岩石力学水力压裂水平井
- 层状页岩力学特性及其破坏模式研究被引量：50
- 2013年
- 采用MTS815型岩石力学试验机进行了页岩层理面不同角度取芯的力学试验,获得了其力学参数及破坏模式特征。试验表明:层理面不同角度试样力学性质存在较大差异性,平行层理面试样其抗压强度最高,与层理面夹角为30°时抗压强度最低,弹性模量随取芯角度的增加逐渐降低。单轴压缩,夹角为0°时破坏模式主要为沿多个平行层理面竖向劈裂,夹角为30°时沿层理弱面剪切破坏,夹角为60°时为大角度剪切破坏并贯穿60°弱层理面,夹角为90°时主要为层状拉张破坏。三轴压缩,夹角为0°时试样有多条破裂面,呈劈裂与剪切破坏共同作用;夹角为30°时,沿层理面剪切破坏;夹角为60°时,呈现剪切破坏,剪切破裂面与水平面夹角在45°~50°之间;夹角为90°时,以剪切破坏为主,有多条平行开裂层面。页岩层理面表现出明显的弱面特征,研究结果为水力压裂施工设计提供了技术参数。
- 贾长贵陈军海郭印同杨春和徐敬宾王磊
- 关键词：力学特性破坏模式
- 基于能量耗散的页岩脆性特征被引量：15
- 2016年
- 针对脆性矿物含量作为页岩脆性评价标准时不能反映不同力学背景下脆性变化的局限性,基于单轴和三轴压缩时页岩的全过程应力-应变曲线,通过能量释放与耗散定义能综合反映岩石破坏前后力学特征的脆性指数和评价指标,并对不同围压下的脆性特征进行评价。研究结果表明:建议的脆性表征方法能同时反映岩石脆性破坏的难易程度和脆性的强弱,可深入分析脆性破坏的实质,评价不同力学背景下的脆性变化特征。页岩峰后稳定破坏所消耗的破裂能越小、剩余能越大,其破裂指数越大,脆性指数越小,脆性越强;反之,其破裂指数越小,脆性指数越大,脆性减弱而延性增强;建议的评价指标均从不同角度反映了页岩脆性特征,可用来对其进行脆性评价。一定围压范围内,随着围压的升高,页岩脆性减弱,破坏后岩块数不断减少,碎裂较不完全,其破坏机制依次为张拉破坏、张-剪破坏和剪切破坏,并呈现出脆性机制向延性机制转变的趋势。
- 衡帅杨春和李芷王磊侯振坤
- 关键词：页岩脆性能量耗散应力-应变曲线破坏形态
- 压缩荷载下泥岩裂缝演化规律的CT试验研究被引量：14
- 2015年
- 裂缝的演化与空间展布规律是影响泥岩盖层密闭效果的关键因素。为研究泥岩失稳破坏过程中裂纹的萌生、扩展和汇集贯通等演化规律,针对龙马溪组泥岩进行了单轴压缩下的同步CT扫描试验,通过裂纹面积的变化特征及裂纹结构的分形特性,探讨了不同加载水平下裂纹的演化规律,从细观尺度揭示了泥岩裂纹演化与宏观变形特性的关系。研究结果表明:泥岩CT图像灰度频率及裂纹面积的变化均可反映裂纹的演化特征。荷载水平(即当前荷载与峰值荷载之比)为0~20%时,裂纹面积迅速增加,裂纹开始萌生,但由于受到闭合效应的抑制,相对并不活跃;荷载水平(当前荷载与峰值荷载之比)为20%~65%时,裂纹面积变化不大,裂纹萌生效应和闭合效应同时进行,且作用大致相抵,泥岩进入稳定承压阶段;荷载水平为65%~85%时,裂纹面积陡然增加,裂纹进入扩展及汇集贯通阶段,而荷载水平为65%时的突然跳跃,表明裂纹从萌生闭合到扩展过渡具有突发性和瞬时性。随着荷载的继续增加,泥岩内部结构呈复杂化、混乱化的变化趋势,且裂纹从外向内逐渐贯通。裂纹分形维数呈现的增长―下降―再增长―再下降的波状变化规律,是裂纹萌生、闭合、扩展和归并等相互转化的结果。
- 王传洋杨春和衡帅冒海军
- 关键词：泥岩CT扫描分形维数
- 单轴循环荷载下含天然裂隙脆性页岩变形及破裂特征试验研究被引量：38
- 2015年
- 利用RMT–150C岩石力学测试系统,对重庆彭水含天然裂隙脆性页岩在单轴循环荷载作用下的变形及破裂特征进行了试验研究。研究结果表明：（1）在循环加卸载和裂隙的共同影响下页岩所含天然裂隙使页岩性质局部劣化、加剧裂隙扩展和破坏提前,导致屈服应力、破裂压力和峰值强度等减小,其中峰值强度降低了13.7%~58.3%;（2）轴向应变形成封闭的＂尖叶＂状滞回环,并呈疏—密—疏排列,而横向应变形成上开口＂8＂字形滞回环,并呈密—疏排列,横向应变-循环次数曲线可分为初始变形阶段、小速率等速变形阶段、大速率等速变形阶段和失稳破坏阶段等四阶段演化规律,前期横向应变突变现象可作为天然裂隙和新裂隙扩展、交汇完成,进入大速率等速变形阶段的标志,后期突变可作为整体失稳破坏的前兆;（3）含天然裂隙页岩的破坏模式主要呈拉剪贯通模式和拉贯通模式,两种贯通模式均至少包含一条贯通天然裂隙的拉裂隙;（4）在弹性阶段,有效弹性模量与损伤面积系数呈线性关系,损伤面积系数越大,有效弹性模量越小;（5）在低应力水平内循环,不可逆变形缓慢增加,轴向应变-循环次数曲线始终处于初始变形阶段,试样不发生破坏;在高应力水平内循环,经历3个变形阶段后试样发生破坏;在接近峰值应力的应力水平内循环,曲线直接进入加速变形阶段,几次循环后试样发生破坏。该研究为认清页岩的裂隙扩展形成复杂裂隙网的发展机制提供了有益参考。
- 魏元龙杨春和郭印同刘伟王磊衡帅
- 关键词：页岩循环荷载
- 基于室内试验的页岩脆性特征评价方法被引量：3
- 2016年
- 基于全应力应变曲线,提出了包含多参数的综合脆性指标Bd1和Bd2.从扩容拐点(峰前曲线)、残余强度(峰后曲线)、能量分析(全过程曲线)等多角度对脆性指标进行了诠释,通过页岩单三轴实验并结合破坏模式对其适用性进行了验证.结果表明,该指标较好地反应了页岩的脆性,Bd1可根据不同的目的需求选择不同的参数,对脆性评价具有侧重性,且Bd1与围压具有较好的拟合关系,拟合曲线为指数函数;Bd2综合性强,可作为脆性的综合评价指标,但围压较高时对围压不够敏感;90°取芯角度下,随着围压的增加,脆性指数降低,岩石有脆性向延性转化的趋势;低围压下脆性指数对围压比较敏感,降低速度较快,高围压下则相反.
- 侯振坤杨春和王磊徐峰
- 关键词：页岩破坏模式
- 利用黏滞剩磁进行水平地应力定向的试验研究被引量：4
- 2013年
- 为了快速准确地对地层水平地应力进行定向,指导页岩气的水力压裂开采,研究利用岩心的黏滞剩磁定向方法。该方法可以克服一般古地磁定向的不足,在不考虑地层年代和复杂构造运动的情况下还原岩心在地层中的原始方位。利用热退磁手段分离出黏滞剩磁,对岩心进行定向,并对取自重庆涪陵地区某页岩气井多个层位的岩心进行了古地磁测试。结合声发射Kaiser效应测得的地应力资料,对测试结果进行处理,得到取心层位最大水平主应力的方位角,与先期地震资料的结果进行比较,二者具有较好的一致性。研究结果表明,利用黏滞剩磁进行水平地应力定向的方法是可行、而且有效的。
- 王磊杨春和郭印同衡帅金衍
- 关键词：岩心定向KAISER效应
- 页岩力学各向异性及其变形特征的试验研究被引量：19
- 2013年
- 为深入认识含气页岩力学各向异性及其变形特征,选取典型地表露头页岩,沿与页岩原生层理面呈不同夹角方向取芯,进行纵波波速测试、单轴压缩试验、三轴压缩试验,主要研究含气页岩固有的各向异性及其强度、变形、破裂特征。结果表明:页岩是一种脆性层状岩石,其纵波速度、弹性模量、抗压强度随钻芯角度φ不同存在显著的各向异性;页岩原生层理弱面和围压对其变形、破裂形态有很大影响。纵波速度、弹性模量随钻芯角度φ的增加而降低,抗压强度受弱面影响较大,泊松比变化不明显。单轴压缩时,页岩层理弱面对其破裂形态影响很大,弱面开裂与层间剪切破坏共存;三轴压缩时,围压对其破裂形态影响较大,破裂方式以剪切破裂为主。
- 徐敬宾杨春和吴文郭印同王磊
- 关键词：各向异性破坏形态
- 页岩水力压裂裂缝形态的试验研究被引量：81
- 2014年
- 为深入认识页岩储层水力裂缝延伸规律及其空间形态,采用真三轴岩土工程模型试验机、压裂泵压伺服控制系统、Disp声发射定位系统和工业CT扫描技术,建立了一套室内页岩水力压裂大型物理模拟试验方法,并通过试验后页岩试样水力裂缝的延伸与空间展布规律,初步探讨了页岩水力压裂网状裂缝的形成机理。结果表明:裂缝延伸时泵压曲线典型的锯齿状波动与裂缝网络的形成密切相关,是页岩体积压裂的一个明显特征。页岩层理面的发育程度、泵压大小和地应力状态对裂缝形态有显著影响,水力裂缝在层理面内的分叉、转向进而沟通天然裂缝是形成裂缝网络的关键,而层理面过弱或过强都不利于网状裂缝的形成;对层理面胶结强度适中的地层,地应力对裂缝的延伸有较大影响;在低排量且维持较低泵压时,裂缝易于转向,且更易形成网状裂缝,而达到体积压裂。建立的页岩水力压裂物理模拟试验方法及试验结果可为页岩气压裂优化设计等提供技术支持。
- 衡帅杨春和曾义金郭印同王磊侯振坤
- 关键词：页岩水力压裂CT扫描
- 页岩各向异性特征的试验研究被引量：107
- 2015年
- 为研究彭水页岩气区块储层的各向异性特征,开展了石柱县龙马溪组页岩的单轴和三轴压缩试验,分析了其力学特性、强度特征和破裂模式的各向异性,并揭示了其破坏机制的各向异性。结果表明:(1)龙马溪组页岩具有明显的各向异性特征,弹性模量在平行层理方向最大,垂直层理方向最小,且围压的增加使其增加速率不断减小;0°、30°和60°、90°页岩的泊松比随围压的增加呈现出了相反的变化规律,这可能与页岩层理间孔隙和微裂缝的良好发育有关。(2)相同围压下,0°试样强度最高,90°次之,30°最低,总体上呈现出两边高、中间低的U型变化规律,而不同角度的Hoek-Brown强度准则能较好地反映其强度的各向异性特征。(3)页岩破裂模式的各向异性是由破坏机制的各向异性引起的,而强度的各向异性是由破坏机制的各向异性控制的。单轴压缩时,0°页岩为沿层理的张拉劈裂破坏,30°为沿层理的剪切滑移破坏,60°为贯穿层理和沿层理的复合剪切破坏,90°为贯穿层理的张拉破坏。三轴压缩时,0°为贯穿层理的共轭剪切破坏,30°为沿层理的剪切滑移破坏,60°和90°为贯穿层理的剪切破坏;页岩地层的层状沉积结构和层理间的弱胶结作用是破坏机制各向异性的根源。研究结果为水平井井壁的稳定性分析和水力压裂施工设计等提供了技术参考。
- 衡帅杨春和张保平郭印同王磊魏元龙
- 关键词：页岩各向异性HOEK-BROWN强度准则
