低渗砂岩渗透率应力敏感性试验研究

渗透率应力敏感性研究方法不同,得到的敏感程度则不同.以氮气为孔隙流体,对一块低渗砂岩岩样进行不同围压和孔隙流体压力下的渗透率测试,利用Bernabé方法求取渗透率有效应力系数,获取渗透率有效应力,并对应力敏感指数法加以修正,发现岩样表现为中等应力敏感.     

异常高压低渗透砂岩储层应力敏感性定量模型——以东濮凹陷文13东沙三中油藏为例

为建立异常高压低渗透砂岩油藏储层应力敏感性定量模型,进行了模拟油藏条件的应力敏感性实验.实验采取改变围压(恒定孔隙流体压力)和改变孔隙流体压力(恒定围压)两种方式进行.研究结果表明:应力敏感性实验中改变围压与改变孔隙流体压力对有效应力的影响差异较大.改变围压比改变孔隙流体压力有效应力增加明显得多,改变围压的常规应力敏感性实验夸大了储层应力敏感性伤害程度.基于变孔隙流体压力应力敏感性实验,回归出各类储层的应力敏感性定量模型.其中,变孔隙压力液体应力敏感性模型与实际油田开发较为接近.异常高压低渗透砂岩油藏开发,油井见水后,采液指数、采油指数急剧下降;进入高含水开发阶段,采液指数回升,采油指数仍下降,此类油藏不适合采取提液手段稳定产量.     

有效固结应力法计算软土抗剪强度增量的偏差分析

针对有效固结应力法计算土体抗剪强度增量公式中所包含的假设,结合室内等压固结和K0固结不排水三轴压缩试验摩尔应力圆示意图,将有效固结应力法公式与理论上更严谨的有效应力路径法公式做对比,分析有效固结应力法的计算偏差。结果发现:对于等压固结状态下的土体,有效固结应力法计算结果是准确的;而对于K0固结状态下的土体,有效固结应力法计算偏差与土体破坏时的孔隙水压力系数Af有关,土体Af取值不同,有效固结应力法计算结果既有可能偏大也有可能偏小。对于实际工程中常遇到的弱超固结软土,计算偏差在15%以内。     

考虑吸附作用的各向异性煤体有效应力

基于Carroll的各向异性孔隙介质有效应力公式,引入吸附气体相的影响,推导了考虑界面吸附作用的各向异性介质有效应力表达式;根据界面热力学的基本理论,在考察固相、气相、界面吸附相及系统能量方程基础上,分析了固相应力与孔隙压力及表面势的关系,推导了吸附作用影响下固相体积压缩系数的表达式;依据羊渠河矿煤样的试验数据,计算了不同气体压力条件下的固相体积压缩系数,计算结果表明:吸附作用使得固相压缩变形和煤体有效应力减小,在孔隙压力较低时吸附作用效应更加显著.     

重复压裂前储层几种应力场计算模型研究

考虑初次裂缝和注采生产诱导应力对重复压裂应力场重定向的影响,根据势的叠加原则,建立重复压裂井周围孔隙压力诱导模型;引入流体影响因子系数,建立初次人工裂缝诱导应力场模型．对重复压裂前诱导应力应力的计算提供了可靠的理论计算依据．     

考虑有效应力的软土固结系数变化规律

在渗透系数与孔隙比以及有效应力和孔隙比的2类经验回归拟合关系的基础上,推导出固结系数和有效应力的表达式,通过算例和室内试验研究了不同固结应力软土压缩过程中固结系数的变化规律,同时提出考虑有效应力的软土固结系数三次多项式拟合回归方程.研究结果表明:随着有效应力的增加,考虑固结系数变化的软土地基固结速率,相对于太沙基固结理论预测的固结速率,会在一定程度上加快(压缩指数Cc与渗透指数Ck的比值Cc/Ck1)或减缓(Cc/Ck1)土体的固结,Cc/Ck=1时,与太沙基固结理论假设一致;采用统一的三次多项式拟合固结系数与有效应力的关系,达到了很好的拟合效果,此结果为数值分析中参数选取的准确性提供了保障,能较准确预估软土地基的变形速率.     

固流耦合作用下煤层气解吸-渗流实验研究

以典型的高瓦斯矿井阜新孙家湾矿为研究对象，利用自主研制的自压式三轴渗透仪，对煤层气解吸和渗流间的相互作用规律进行了实验研究．实验过程中连续进行加载和卸载（改变轴压、围压和孔隙压）并考虑了固流耦合作用影响，模拟了三维应力下煤层气运移过程．实验结果表明，加载条件下，渗透率和渗透系数与孔隙压力、解吸量、解吸时间的关系具有相似性．在此过程中，渗透率和渗透系数随孔隙压增加均呈非线性递减关系，都具有负指数规律，而解吸量和解吸时间均呈多项式形式增加，且渗透率和渗透系数存在某一临界值，当小于此值时渗透率和渗透系数随瓦斯孔隙压力增大而减小．卸栽条件下，有效水平应力与渗透率和渗透系数呈抛物线关系（先减小后增大），而有效水平应力与解吸量和解吸时间均为负指数形式递减，具有典型的煤层气开采的三阶段主导作用特征（有效应力主导阶段、基质收缩主导阶段和滑脱效应主导阶段）．实验结果真实地反映了煤对瓦斯的吸附和解吸作用；实验结论与前人研究结果吻合较好，说明实验方法和步骤是合理的．     

考虑有效应力和煤基质收缩效应的渗透率模型

针对煤层气的生产过程中所存在的两个相反的效应:(1) 储层压力下降,有效应力增加,煤层裂隙压缩闭合,渗透率降低;(2) 煤层气解吸,煤基质收缩,煤层气流动路径张开,渗透率升高;建立了包含煤基质收缩效应的煤层孔隙度和渗透率理论模型,模型与已有的一些研究结果反映的规律一致.根据模型得出在体积应力恒定条件下,渗透率随孔隙压力变化存在一临界压力,孔隙压力小于临界压力时,渗透系数随孔隙压力的增加而减少,孔隙压力大于临界压力时,渗透系数随孔隙压力的增加而增大,给出了该临界压力的计算式.对不同情形下渗透率对孔隙压力的变化响应进行了讨论,结果表明,临界压力的存在与否与影响渗透率的多种因素有关,应对影响煤层渗透性的众多因素进行动态耦合研究.     

软土地基施工期稳定性分析评价方法的探讨

在软土地基上填筑路堤时,必须对其稳定性作出合理的评价。本文提出孔隙压力法、有效应力路径法、有效固结应力验算法、侧向位移法等四种施工期稳定性评价方法,以及实例综合分析评价,对于软基路堤施工程序的设计有着重要指导意义。     

基坑开挖过程中软土性状若干问题的分析

通过对基坑工程中主动区和被动区土体的应力路径、应力状态、土的不排水抗剪强度和孔隙水压力变化规律的讨论,几个模糊概念得到澄清．研究表明：基坑开挖过程中无论主动区还是被动区都处于卸荷状态;土体抗剪强度在不同区域、不同加载阶段是不同的．在同一固结压力下,不排水抗剪强度是卸荷抗剪强度的2倍．在模拟基坑工程应力路径的三轴室内试验研究基础上,发展了一个孔隙水压力公式．根据常规三轴试验得到的抗剪强度和孔隙水压力系数变化规律可确定不同应力路径下的土体抗剪强度．     

储层应力敏感性研究进展

随着一些致密气藏的开发,储层应力敏感性已成为国内近几年的研究热点。人们在储层应力敏感性方面,取得了不少成就,但也有些观点存在着争论。介绍了岩石物性参数(岩石孔隙压缩系数、孔隙度、渗透率)的应力敏感性;渗透率应力敏感性实验研究方法的进展;国内外学者对有效应力系数的研究进展和应力敏感性的影响因素;针对存在的问题,提出了几点建议。     

气水孔隙混合流体的压缩性

为了得到适用于高饱和度土固结分析的孔隙混合流体的压缩性计算公式,采用孔隙水压力来表示混合流体的压缩系数.推导过程中,不考虑气泡在水中的溶解,按Laplace公式建立气泡压强与水压的关系.分析了单个气泡对压缩性的影响,并进行了一维固结压缩试验,对混合流体的压缩系数公式进行了验证.结果表明：饱和度、水压和孔隙气的分散度是影响孔隙流体压缩性的3个主要因素;饱和度越小,气泡半径越大,混合流体的压缩性越大;若初始饱和度相同,当水压达到较大值时,气泡初始半径大小对压缩系数影响很小.将试验数值与其他研究者的计算结果进行对比,证明了所推导的理论公式能较好地分析预测孔隙混合流体的压缩系数.     

次固结系数对准超固结土固结特性的影响

为了分析准超固结土固结特性受次固结系数影响的规律,采用消元法把用孔压和应变表示的一维Yin Graham等效时间流变固结方程组简化为一个用孔压表示的一元偏微分方程.采用该一元偏微分方程,通过差分数值方法,对自然界普遍存在的预固结软土地基的固结特性进行数值分析.结果表明：当软土地基的预固结绝对等效时间较大时,在软基固结前期存在次固结系数越大、孔压消散越快、固结度越大这一与直觉相反的固结现象.对这一现象产生的物理根源进行定性分析,证明这一现象与以往基于Yin Graham等效时间流变模型定性得出的预固结土在固结前期存在次固结系数越大、固结度越大的研究结论相吻合.     

黄土高填方场地孔隙水压力的变化规律

孔隙水压力是评价黄土高填方场地变形与稳定的重要参数。为探讨沟谷地形中黄土高填方场地孔隙水压力增长和消散规律，对陕北某黄土高填方工程进行了施工期和工后期的孔隙水压力监测和分析。结果表明：在分析超静孔隙水压力的增长和消散规律时，须扣除因土层压缩和地下水位变化而引起的静水压力变化值；孔隙水压力的增长和消散主要受地下水位和填土荷载的影响；土方填筑快，孔隙水压力增长快，反之，孔隙水压力增长慢，甚至消散；施工期的孔隙水压力增量与填土荷载增量呈近似线性关系，多级荷载的孔隙水压力系数小于0.2，土体始终处于稳定状态；工后期孔隙水压力消散缓慢，沉降达到完全稳定需要较长时间。     

基于混合物理论的饱和介质体应变本构模型

为了解决饱和多孔介质的建模问题,采用工程混合物理论建立了饱和多孔介质体积本构理论框架。首先,假定多孔固相与流相基质体积变形功相互独立,采用Terzaghi有效球应力、孔压和流体基质压力作为本构模型的应力状态变量,获得了固相、固相基质和流相基质体应变的余能表达式。其次,根据Lade和De Boer模型试验加卸载测试数据,建立了加卸载阶段饱和多孔白塞木立方体流固两相体积本构方程,推导了固相体积切线模量、Biot切线系数和流相Biot切线模量等力学参数计算公式。分析了加载阶段固相体积切线模量,Biot切线系数,流相Biot切线模量等力学参数随Terzaghi有效球应力和孔压变化规律。最后,根据本文体积本构模型和静力平衡方程建立了饱和多孔介质的一维固结方程,数值分析了饱和多孔白塞木立方体的固结特性,获得了固结度和沉降随时间变化曲线。研究表明,固相体积切线模量随Terzaghi有效球应力的增大而增大,随孔压 的增大而减小。Biot切线系数介于0.42~0.95之间,随Terzaghi有效球应力和孔压的增大而减小。流体Biot切线模量随Terzaghi有效球应力增大而先减小后增大,随孔压增大而减小。孔压切线系数在大多数情况下小于1.0。考虑固相基质变形时饱和多孔介质的初始孔压不等于外荷载,因此饱和多孔介质在外荷载作用下存在瞬时沉降。本文提出的建模方法可用于非线性饱和多孔介质的建模和数值分析工作。     

黏弹性土中半透水管桩沉桩后孔压消散解析解

研究了黏弹性土中管桩沉桩后的固结问题.将土视为适合Mechant模型的黏弹性材料,在弹性解答的基础上,根据对应性原理,经拉普拉斯变换、弹性参数代换和拉普拉斯逆变换等手段得出黏弹性问题的控制方程.通过分离变量法对本征值问题进行求解,在求解过程中考虑了管桩桩体的可渗透性,认为桩体为半渗透材料,给出混凝土管桩沉桩后桩周土中超静孔隙水压力消散的解析解,分析了孔压消散的因素影响.结果表明,土的黏弹性对孔压消散有明显影响,土的黏滞系数越大,超静孔压消散越快;在土的渗透性较小时桩身渗透对孔压消散有较大影响.     

Upper bound analysis for deep tunnel face with joined failure mechanism of translation and rotation

A joined failure mechanism of translation and rotation was proposed for the stability analysis of deep tunnel face, and the upper bound solution of supporting force of deep tunnel was calculated under pore water pressure. The calculations were based on limit analysis method of upper bound theory, with the employment of non-associated Mohr-Coulomb flow rule. Nonlinear failure criterion was adopted. Optimized analysis was conducted for the effects of the tunnel depth, pore water pressure coefficient, the initial cohesive force and nonlinear coefficient on supporting force. The upper bound solutions are obtained by optimum method. Results are listed and compared with the previously published solutions for the verification of correctness and effectiveness. The failure shapes are presented, and results are discussed for different pore water pressure coefficients and nonlinear coefficients of tunnel face.     

基于应力关系的岩石压缩系数变化分析

岩石的压缩性及其大小对油气勘探、油藏工程研究等具有重要影响,常用的确定方法是实验测定。但被测样品经过大量的处理过程,所受应力被多次改变,导致实验结果存在不可靠性。基于地下岩石各应力间的关系式,通过油气生产过程分析,发现并定义了岩石的骨架应力变化系数λ,其大小与岩石骨架及孔隙压力变化量有关,岩石骨架的成分、强度、结构等会影响λ值。结合岩石压缩系数的定义,通过分析与推导得到了用上覆应力σ、孔隙度、孔隙压力p、骨架应力变化系数λ和骨架参数Css五个参变量表示的压缩系数关系式。通过他人实验数据对关系式进行了分析和验证。结果表明,岩石的孔隙体积、骨架体积、骨架应力、孔隙度、压缩系数(Cp、Cs、Cb)等均受骨架应力变化系数λ的影响。     

Coefficient of consolidation by end of arc method

One of the most important issues in geotechnical engineering is excess pore pressure caused by clay soil loading and consolidation. Regarding uncertainties and complexities, this issue has long been the subject of attention of many researchers. In this work, a one-dimensional consolidation apparatus was equipped in a way that pore water pressure and settlement could be continuously read and recorded during consolidation process under static loading. The end of primary consolidation was obtained using water pressure changes helping to present a new method for determining the end of primary consolidation and consolidation coefficient. This method was then compared with two classical theory methods of lg t and t. Using Terzaghi's theory, the way of pore pressure dissipation for lg t, t and the new method was found and compared with experimental results. It is concluded that the new method has better results.     

砂砾土孔隙特征对渗透系数的影响研究

通过改变细颗粒含量分析了孔隙率、不均匀系数以及曲率系数与渗透系数的相关关系,建立了砂砾土的渗透系数与三个孔隙特征参数的多元回归模型,探讨了砂砾土渗透系数与孔隙特征参数的相互关联。研究结果表明,砂砾土的渗透系数与三个孔隙特征参数具有综合相关关系,单个参数对渗透系数的影响具有随机性;40%的细粒含量可作为砂砾石渗透系数的界限含量,细粒含量高于40%后,渗透系数随细粒含量的减小而平缓增大,当细粒含量低于40%时,渗透系数随细粒含量的增大而迅速减小。采用相同骨架结构特征的土体,才能得到一致性的渗透系数变化规律。