多种矿物成分破碎岩石渗透试验

采用稳态渗透法对破碎砂岩、破碎泥岩和破碎煤矸石进行渗透试验,分析粒径、有效应力和孔隙度对破碎岩石渗透性参量(渗透率、非Darcy流β因子)的影响.试验岩样粒径为0~2.5 mm、2.5~5 mm、5~10mm、10~13 mm和0~13 mm,通过轴向位移分别为4 mm、8 mm、10 mm、12 mm和14 mm控制孔隙度.试验结果表明:渗透液压越大,有效应力越大,渗透越快,流量越大;破碎岩样的有效应力与渗流速度可用线性关系拟合,并给出了有效应力直接估计渗透率的公式;破碎岩样随孔隙度增加,其渗透率增加,非Darcy流β因子减少,孔隙度大于0.4左右时,渗透率增加幅度变大,而当孔隙度小于0.35左右时,非Darcy流β因子变化较大;相同粒径的不同岩样,随孔隙度的增加,不同岩性岩样的渗透率变化程度和变化趋势不同,且孔隙度对不同岩性岩样的渗透率影响程度不同.     

围压对峰后岩石非Darcy流渗透特性影响的试验研究

研究围压对峰后岩石非Darcy流渗透特性的影响对峰后岩石非Darcy渗流系统的失稳具有十分重要的意义.本文基于岩石渗透试验装置与MTS815.02岩石力学伺服试验系统,研究给出了峰后砂泥岩、灰岩、砂岩在不同围压下的非Darcy流渗透特性.以上试验研究表明,峰后岩石非Darcy流渗透率随着围压的增大而下降,其关系可近似用指数函数拟合;而峰后岩石非Darcy流β因子的绝对值随围压的增大呈增大趋势,其关系可近似用对数函数拟合.     

利用瞬态法提取岩样非Darcy流渗透特性

建立了一种测定岩样非Darcy流渗透特性试验系统的动力学模型.基于岩样两端孔隙压差的时间序列,利用差分计算或曲线拟合得到渗流速度及其变化率的时间序列.通过线性回归,得到岩样的Forchheimer非Darcy流渗透特性,即渗透率、非Darcy流β因子和加速度系数.试验结果表明,无论岩样处于峰前还是峰后应力状态,岩样中的渗流都不服从Darcy定律;当非Darcy流β因子为正时,非Darcy流的渗透率κ小于Darcy流的渗透率κD;渗透率(κ和κD)、非Darcy流β因子和加速度系数可近似表示为应变的幂指数函数;三种渗透特性中的每两种整体上存在幂指数关系;在加载的初始阶段,由于孔隙和微裂隙的压缩和闭合,渗透率随应变减小,而非Darcy流β因子和加速度系数随应变增大;随后,由于裂隙的扩展,岩样的渗透率迅速增大,而非Darcy流β因子和加速度系数迅速减小,并在峰值应力附近达各自的极值;由于围压的作用,峰后应力状态下岩样的渗透特性随应变的变化缓慢.图3,参18.     

混合破碎岩样渗透特性试验研究

为研究混合破碎岩体内流体渗透规律,利用一套由液压泵、渗透仪以及DDL 600电子万能试验机等构成的破碎岩样渗透试验系统进行了混合破碎岩样渗透特性测定,分析了混合破碎岩样与单种破碎岩样渗透特性的差异.研究表明:混合破碎岩样较单种破碎岩样的非Darcy流特性更显著;随着孔隙度的增加,单种岩样较混合岩样渗透率的变化幅度大,且相同粒径不同岩性岩样的渗透率变化程度和变化趋势呈现较大差异;随着孔隙度的增加,混合岩样的非Darcy流β因子显现减小趋势,且混合岩样较其单种岩样非Darcy流β因子的大小因粒径不同而不同.     

高瓦斯矿煤样非Darcy流的MTS渗透性试验

为了获得某高瓦斯矿煤岩非Darcy流渗透特性,从该矿采集煤样,制作成标准煤样.利用MTS815-02型岩石力学试验系统采用全程位移控制进行了全应力应变过程数控瞬态渗透法试验,计算出了在4MPa围压,15MPa/m孔压时,煤样在不同应变下非Darcy流渗透率、非Darcy流β因子、加速度系数及渗流稳定性指数,并给出了发生渗流失稳所需的压力梯度.研究表明:该煤样具有较强的脆性,在应变保持过程中表现出较大的松弛性能;在全应力应变过程中,该煤样的峰值应力前渗透率比较低,峰值应力后渗透率增大幅度很大;在应变增大过程中,煤样非Darcy流β因子几乎均为负值;煤样的渗流稳定性指数χ的负值只出现在峰值应力后.其渗流失稳灾害表现为瓦斯从煤岩体裂隙涌出甚至发生瓦斯喷出.图5,表1,参8.     

某突出矿煤岩非Darcy流渗流稳定性实验研究

为了获得煤岩非Darcy流渗透特性,利用MTS-02型岩石力学试验系统采用全程位移控制对煤与瓦斯突出矿煤样进行了全应力应变过程数控瞬态渗透法试验。计算出煤样破坏过程中不同应变下非Darcy流渗透率、非Darcy流β因子、加速度系数及渗流稳定性指数,并给出发生渗流失稳所需的压力梯度。研究表明:该突出矿煤样的渗流稳定性指数χ的负值较多出现在峰值应力后并且其发生渗流失稳所需的压力梯度较大。     

声震法提高煤储层渗透率的实验与机理

为了提高低渗透煤层的渗透率,采用自制的可控声震法煤层气渗流实验系统,实验研究了不加声场和加声场作用下煤样的渗透特性。实验研究得出:当轴向应力和孔隙压力一定时,随围压的增大煤样的渗透率减小;当围压和孔隙压力一定时,在煤样应力应变曲线的初始压密和弹性阶段,渗透率随轴向应力增大而减小。在应变硬化阶段,因试件体积膨胀渗透率随轴向应力增大而增大;在相同轴向应力、围压、孔隙压力条件下,声场作用能提高煤样的渗透率,且渗透率随作用时间的增长而增加。研究结果表明:渗透率与平均有效应力呈负指数关系,声震法提高煤储层渗透率的机理主要源于声波的机械振动和热效应,研究成果为低渗透煤层提高煤层气抽采率探索出一条新的技术和方法。     

不同孔隙度中心受压圆形薄板试样渗透特性试验研究

通过控制砂粒粗细的方法自制不同孔隙度的圆形薄板试样,利用RSM-SY7基桩多跨孔超声波自动循测仪测量其孔隙度值并进行标记。利用自主研发的渗透试验装置,在DDL600电子万能试验机上进行中心受压圆形薄板试样弯曲变形过程中的渗透特性试验;研究孔隙度对圆形薄板试样轴向抗压强度、初始渗透率的影响及其对圆形薄板试样弯曲变形过程中轴向载荷与渗流量出现峰值时间差的影响,并研究圆形薄板试样弯曲变形过程中渗透率的变化规律。研究结果表明:不同孔隙度中心受压圆形薄板试样弯曲变形过程中,其渗透率均在整体上呈现先增大后减小的趋势;试样的孔隙度越大,其轴向载荷峰值Fmax、初始渗透率整体越趋于减小;当试样孔隙度较大时,其弯曲变形过程中轴向载荷F峰值先于流量Q峰值出现,反之,其流量Q峰值先于轴向载荷F峰值出现。     

破碎岩石非Darcy流的渗透特性试验研究

一种破碎岩石渗透特性试验专用装置与MTS试验系统结合，可以获得非Darcy流的渗透特性(渗透率和非Darcy流β因子)。介绍该装置的构造、破碎岩石非Darcy流的渗透特性试验方法和特点，得到破碎岩石压实过程中渗透特性与载荷、颗粒直径的回归关系及在某一特定载荷作用下，渗透特性ρβ与破碎岩石颗粒直径成线性关系的结果。这种试验技术对于采矿、土木、水利和交通工程具有重要的实际意义。     

突出矿煤岩微孔隙特征及其渗透特性

从煤与瓦斯突出矿采集煤样,通过扫描电镜对其微结构和孔隙裂隙特征进行了观测。利用MTS815.02型岩石力学实验系统进行了3块标准煤样全应力应变过程的电液伺服试验,给出了主应力差、煤样渗透率、非Darcy流β因子和加速度系数与轴向应变关系曲线。研究表明:该突出矿煤样结构不均一,以粒状、网状、片状结构为主,也可见到鳞片状和压扭性结构;在煤样破坏过程中,由于围压的作用,全应力应变过程中煤样的渗透率随着应变的增大而发生变化,但其变化不很显著;非Darcy流β因子和加速度系数趋势相同,非Darcy流β因子均为负值。     

时变渗透特性的底板中水渗流过程分析

为了研究变渗透特性围岩中水渗流的稳定性,建立了一种渗透率、非Darcy流β因子和加速度系数按时间的反正切函数变化的渗流系统动力学模型.利用数值方法讨论了渗流速度的演化规律,论述了突水是否渗流失稳的表现.研究表明:由于非Darcy流β因子恒为正值,渗流系统总是稳定的;当渗透特性随时间变化时,渗流速度从一稳定值平滑地过渡到一新的稳定值,新的稳定值与原稳定值之比可以增大到几万至几百万倍,但是总是有限的;突水是岩层结构破裂引起的渗流速度快速或急剧变化,但渗流速度不可能无止境地增大,即渗流不可能失稳.用渗流失稳解释突水是不合理的.     

破碎岩体渗流的试验及理论研究综述

阐述了破碎岩体渗流的研究意义,对其试验及理论研究现状分别进行了总结,给出了破碎岩体通过试验得到的各种非线性渗流公式,指出承压破碎岩体的渗流随着孔隙率的减小,渗透率减小,而Darcy流偏离因子的绝对值增加;然后根据破碎岩体渗流的非稳态非线性渗流动力学模型,通过平衡态的稳定性分析,指出破碎岩体渗流动力系统存在鞍结分岔及折叠突变;最后展望了破碎岩体渗流的研究趋势,指出破碎岩体变形场与渗流场的动态耦合及温度场与渗流场的耦合研究有待于深入.     

不同围压下水泥砂浆三轴压缩试验研究

对圆柱型水泥砂浆试样进行了不用围压、相同渗压下的三轴压缩试验,并对其强度特征和渗透规律进行了研究.结果表明,随着围压的增加,试样的峰值强度增大,围压提高了试样的强度;当偏应力达到临界值后,试样损伤随着偏应力的增大而增加;损伤与渗透率呈指数关系,渗透率随损伤的增大而增加.     

低渗透片麻岩渐进破裂过程中渗透规律研究

为研究低渗透硬岩渗透特性,以片麻岩为研究对象,采用多场耦合实验装置,开展不同围压、孔隙压力作用下岩石三轴压缩试验,分析了岩石渐进破裂过程中渗透率随围压、孔隙压力的变化规律,以及岩石渐进破裂过程不同阶段围压和孔隙压力对于片麻岩渗透率的影响程度.结果表明:岩石渐进破坏过程中,渗透率呈先减小后增加的变化趋势,在峰值强度附近渗透率出现突增;在轴压和孔隙压力一定时,随着围压增加渗透率逐渐减小,在裂纹非稳定扩展阶段和峰后残余阶段随着围压增加渗透率减小最明显;在轴压和围压一定时,随着孔隙压力增加渗透率略有增加,在裂纹非稳定扩展阶段随着孔隙压力增加渗透率增加最明显;高围压下试件内部会产生压缩带,压缩带会减弱孔隙压力对渗透率的影响;量化给出了渗透率随围压、孔隙压力变化的关系.     

型煤试件在应力场中的瓦斯渗流特性分析

应用实验室自行研制的瓦斯渗流实验装置,通过保持轴向压力不变而改变围压和保持围压不变而改变轴向压力2种加载方式,对型煤试件的瓦斯渗透特性进行了实验研究.通过对实验结果的分析,认为试件的渗透率与其所受的应力状态有密切的关系,随各种应力的增加渗透率降低,围压对试件渗透率的影响比轴向压力大,试件渗透率与各种应力成负指数关系.根据达西定律,结合实验研究结果,推导出煤层瓦斯渗流方程,该方程能够模拟采场周围煤层瓦斯的渗流,对于利用采动应力场提高瓦斯的抽放效率具有现实指导意义.     

围压和渗透压对花岗岩残积土抗剪强度影响的三轴试验研究

为研究渗流对花岗岩残积土抗剪强度衰减的影响,使用SLB型号三轴剪切渗透试验仪,分别进行了K0固结排水剪切试验、恒水头渗流剪切试验和恒流量渗流剪切试验,研究了围压和渗透压对试样应力-应变关系、峰值强度和抗剪强度参数的影响.研究结果表明:应力-应变曲线均为应变硬化曲线,随着轴向应变的增加试样的主应力差增加,且增加的趋势逐渐减小.试样在相同的应变情况下,主应力差值和峰值强度均随着土体试样围压的增大而增大;随着渗透压的增加,主应力差值和峰值强度均逐渐减小;随着轴向应变的增大,渗透压对应力-应变曲线的影响越明显.随着渗透压增加,有效黏聚力逐渐下降,但有效内摩擦角几乎不受渗透压的影响.     

疏浚淤泥固化土宏微观孔隙结构特征及其对渗透性影响

采用压汞试验、渗透率试验和孔隙度试验等方法,研究疏浚淤泥固化土(DSSS)的孔隙度、微观孔隙结构特征、渗流特征及其相互关系.压汞试验结果显示,DSSS的孔隙体积频率分布曲线均为典型的双峰曲线,存在两个集中的孔喉半径区间:0.02~0.04μm和3~30μm.基于DSSS水化反应生成的致密水化产物和孔隙体积频率分布曲线,将DSSS的孔隙直径进行分组,微孔组和中孔组处于峰值区间,微孔组的最可几孔径随着初始密度和养护龄期的增加逐渐增大,中孔组的最可几孔径随着初始密度和养护龄期的增加逐渐减小.另外,孔隙度和渗透率试验结果显示,DSSS有效孔隙度随养护龄期逐渐减小主要发生在固化28d前,28d后DSSS有效孔隙度基本保持不变,而DSSS渗透系数仍在降低,在该阶段50%以上的中孔向小孔和微孔转化.因此,提出采用有效孔隙度作为表征DSSS的宏观孔隙特征参数,采用孔径和体积频率值作为表征微观孔隙特征参数,并采用毛细模型建立宏微观孔隙结构参数和渗透性之间的定量关系.     

高应力和高渗压下饱和完整砂岩三轴剪切-渗流耦合特性试验研究

为研究高地应力和高水头压力下完整岩石的三轴剪切力学特性和渗透特性,更加真实地揭示三维压剪应力状态下重大岩石边坡在剪切-渗流耦合作用下的损伤破坏机制,采用Rock Top多场耦合试验仪,对饱和完整砂岩进行五组不同法向应力和渗压下的三轴剪切-渗流耦合试验,获得相应的三轴剪应力-应变-表观渗透率曲线和含有原岩屑的剪切单节理裂隙面,并开展单节理裂隙渗透试验。分析不同法向应力和渗压双因素耦合作用下岩石剪切破坏裂隙面的形貌特征,探究饱和砂岩的剪切强度和表观渗透率随法向应力、渗压的演变规律,探讨单裂隙砂岩的表观渗透率在剪应力逐渐减小过程中随渗压的演化特征。研究结果表明：1)剪切-渗流耦合作用下饱和砂岩表观渗透率表现出先减小后增大并逐渐趋于稳定的变化规律;2)剪切-渗流耦合下饱和砂岩剪切峰值强度和残余强度随着法向应力增大而增大,随着渗压的增大呈线性减小,并且在剪切过程中表观渗透率曲线渗流峰值滞后于剪切峰值强度;3)在剪应力缓慢降低过程中,单节理裂隙面的开度先降低后增大,其表观渗透率和渗流量呈现出先减小后增大的变化规律;4)采用Forchheimer方程拟合获得剪应力、渗压和法向应力作用下,贯穿单裂隙面...     

不同覆压条件下储层物性变化特征及水驱油实验研究

在油田注水开发过程中,地层中流体静态平衡被打破,岩石储层在上覆地层压力作用下发生形变,从而改变岩石的物性特征,进而影响水驱采收率。以王龙庄油田、绥中油田取心井岩心为实验样品,开展了不同围压下的岩石物性测定及水驱油实验,结果表明:岩石孔隙度、渗透率与围压呈幂函数关系,且随着围压的增加,岩石孔隙度、渗透率逐渐减小;水驱油效率与围压呈指数函数关系,并确定了不同指数的分布范围。     

围压对岩心气体渗透率影响的试验研究

岩心气体渗透率的测定结果表明,岩心的气体渗透率是围压的函数。随围压的增加,气体渗透率逐渐变小。围压对低渗透率岩心的影响比高渗透率岩心大得多。同时还表明,岩心的气体渗透率是不可逆的,从最高围压下逐次降压,渗透率逐渐变大,到一定大时且出现滞后现象。