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循环加卸载路径下不同含瓦斯煤渗流及损伤演化特征

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煤炭学报 2019年第9期44卷 2803-2815页

作者：李清淼梁运培邹全乐成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059 成都理工大学环境与土木工程学院四川成都610059 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044

循环载荷广泛存在于采矿活动中并对煤岩的强度、损伤及渗透性质产生较大影响,例如煤层群开采多重保护工程中,被保护层煤岩就受到循环加卸载作用,并显著改变了煤岩的力学及渗流特性;瓦斯对煤的力学性质及能量耗散特征也具有显著的影响,... 详细信息

循环载荷广泛存在于采矿活动中并对煤岩的强度、损伤及渗透性质产生较大影响,例如煤层群开采多重保护工程中,被保护层煤岩就受到循环加卸载作用,并显著改变了煤岩的力学及渗流特性;瓦斯对煤的力学性质及能量耗散特征也具有显著的影响,不同加卸载路径下煤岩力学及渗流特性与常规加载下的性质存在显著差异,因而有必要研究循环加卸载条件下不同含瓦斯煤的渗流及损伤演化特征。根据煤层群开采条件下被保护层应力状态实时监测的相似模拟实验结果,设计了3种简化的循环加卸载应力路径,即阶梯循环加卸载、逐级增大循环加卸载和交叉循环加卸载,采用重庆大学自主研发的含瓦斯煤流固耦合三轴渗流实验装置对取自平顶山十矿和袁庄煤矿的煤样进行了瓦斯渗流试验。结果表明:在3种循环加卸路径中,2种煤样的渗透率变化与轴向应力应变曲线具有显著的一致性,循环加卸载作用下,煤样渗透率随着应力的增大和循环次数的增加呈减小趋势;应力卸载和加载对渗透率的影响不同;渗透率受到应力和损伤累积的双重影响。相同应力水平下,煤样经过卸载-加载过程后的渗透率有降低趋势,相对恢复率随着循环次数的增加而先降低后增大,只有应力超过煤样的屈服阶段后才能使渗透率增大。主要结论为:①3种循环加卸载路径下煤样在加载阶段的增透率随应力增大和循环次数的增加都可以分为3个阶段且呈增长趋势,单位体积变化引起的渗透率增加在变大,循环荷载的增透效果随着循环次数的增加而增强。②随着峰值应力的增大和煤样中损伤的累积,渗透率对应力的敏感性逐渐降低。随着荷载的施加,应力卸载对渗透率的影响先增强后减弱。③通过计算各循环阶段的加卸载响应比得到了煤样损伤变量的演化规律,通过回归分析可知损伤变量与轴向应力之间的关系可以用Boltzmann函数表征,该函数可以作为损伤的经验公式对实验中煤样的损伤进行预测计算。④循环加卸载对煤样渗透率及损伤的作用受煤种不同的影响不明显。研究结果为深入揭示多重保护下煤层增透机制和基于循环荷载致裂(重复水力压裂等)的煤层强化增透机制及瓦斯抽采工程设计提供理论支撑。

关键词：循环荷载渗透率恢复率应力敏感系数加卸载响应比损伤

硫酸盐-冻融循环下自感应水泥砂浆的耐久及压敏性能

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硅酸盐通报 2022年第3期41卷 777-786页

作者：李一凡王社良徐晋白娇娇全晓旖徐卫锋西安建筑科技大学土木工程学院西安710055 西京学院土木工程学院西安710123

为提升寒冷地区建筑结构的实时损伤监测效果,研究了硫酸盐-冻融循环作用下采用短切碳纤维与铁尾矿作为导电材料制备的自感应水泥砂浆的耐久与压敏性能。利用质量损失、相对动弹性模量及抗压强度损失为依据探讨耐久性能变化规律,以电阻... 详细信息

为提升寒冷地区建筑结构的实时损伤监测效果,研究了硫酸盐-冻融循环作用下采用短切碳纤维与铁尾矿作为导电材料制备的自感应水泥砂浆的耐久与压敏性能。利用质量损失、相对动弹性模量及抗压强度损失为依据探讨耐久性能变化规律,以电阻率变化率-压应力的相关关系反映硫酸盐-冻融循环作用下压敏性能发展规律并解释其导电机理,并采用平均应力敏感系数评价硫酸盐-冻融循环作用下压敏性能稳定性。结果表明,碳纤维体积掺量为0.4%、铁尾矿替代率为30%(质量分数)组合掺入水泥砂浆时,其耐久性能与压敏性能均达到较高水平,但硫酸盐-冻融循环造成的孔洞与裂缝会导致铁尾矿碳纤维水泥砂浆电阻率变化率-压应力呈一阶指数衰减关系,可采用Plane模型来反映平均应力敏感系数衰减程度与冻融循环次数、铁尾矿替代率之间良好的相关关系。

关键词：铁尾矿短切碳纤维硫酸盐-冻融循环压敏性能应力敏感系数 Plane模型

考虑启动压力梯度和应力敏感的油-气两相数值试井方法

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中国科技论文 2022年第9期17卷 1014-1020页

作者：周育瑞张茂林张艺钟孙舒敏张娴长江大学石油工程学院武汉430100 非常规油气湖北省协同创新中心武汉430100

油-气两相数值试井方法中目前所常用的线性化方法为全隐式方法、半隐式方法和常规的隐压显饱(implicit pressure and explicit saturation, IMPES)方法,其中半隐式和全隐式方法计算精度虽高,但计算量过大,求解困难、速度慢;而常规的IMPE... 详细信息

油-气两相数值试井方法中目前所常用的线性化方法为全隐式方法、半隐式方法和常规的隐压显饱(implicit pressure and explicit saturation, IMPES)方法,其中半隐式和全隐式方法计算精度虽高,但计算量过大,求解困难、速度慢;而常规的IMPES方法虽求解简单、求解速度快,但对时间步长要求过高,稳定性较差。为解决该问题,由物质平衡原理确定地层压力和油相饱和度的关系曲线,再由IMPES方法隐式求解压力,最后由马斯凯特法求解油相饱和度,建立同时考虑启动压力梯度与应力敏感系数的油-气两相数值试井方法,并对影响因素进行敏感性分析。结果表明,考虑启动压力梯度与应力敏感系数时,井底压力导数曲线后期有明显的上翘,既弥补了常规IMPES方法不能采用大步长的缺陷,又保留了与全隐式方法相同的精度和稳定性,并且计算工作量减少了2/3,速度提高了约80%,可广泛用于油-气两相渗流问题的数值试井模型研究。

关键词：油-气两相数值试井有限差分法隐压显饱方法启动压力梯度应力敏感系数

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致密储集层应力敏感性评价

石油勘探与开发 2016年第1期43卷 107-114页

作者：肖文联李滔李闽赵金洲郑玲丽李铃西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室

通过对比分析表征岩石渗透率与有效应力关系的经验模型与理论模型,得到3种应力敏感系数(S、α、β)的表达式;结合实验数据和岩石微观结构特征,提出致密砂岩应力敏感性划分标准。用经验模型与理论模型分析致密砂岩和不同类型花岗岩渗透... 详细信息

通过对比分析表征岩石渗透率与有效应力关系的经验模型与理论模型,得到3种应力敏感系数(S、α、β)的表达式;结合实验数据和岩石微观结构特征,提出致密砂岩应力敏感性划分标准。用经验模型与理论模型分析致密砂岩和不同类型花岗岩渗透率与有效应力的实验数据,进一步明确经验模型以及应力敏感系数的物理含义,并计算岩石的3种应力敏感系数,仅S中不含不确定指数n,具有明确的物理意义。基于3种应力敏感系数特征、渗透率与有效应力关系的研究,发现可用应力敏感系数S划分储集层岩石的应力敏感性:S>0.40为强应力敏感性;S应力敏感性;0.25≤S≤0.4为中等应力敏感性,强应力敏感性岩心更满足对数模型,弱应力敏感性岩心更满足指数模型和二项式模型,中等应力敏感性岩心满足乘幂模型。结合岩石的微观特征讨论了应力敏感性划分标准的适应性,发现强应力敏感性岩石裂缝性特征明显,而弱应力敏感性岩石具有孔隙性特征;此外,黏土胶结物的类型、岩石颗粒大小以及岩性也影响岩石的应力敏感性。

关键词：致密砂岩应力敏感性应力敏感系数有效应力渗透率微观结构

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致密储集层岩石应力敏感性测试与评价方法

石油勘探与开发 2016年第6期43卷 1022-1028页

作者：窦宏恩张虎俊姚尚林朱丹孙涛马世英王小林中国石油勘探开发研究院中国石油大学(北京) 北京大学页岩气研究所

针对行业标准SY/T 5358—2010中储集层岩石应力敏感性测试方法、评价方法和判定标准存在的诸多问题,从5个方面提出了该标准需要修订的具体内容;根据班恩和马克西莫夫的岩石应力方程,推导出了Terzaghi有效应力公式,说明了Terzaghi公式不... 详细信息

针对行业标准SY/T 5358—2010中储集层岩石应力敏感性测试方法、评价方法和判定标准存在的诸多问题,从5个方面提出了该标准需要修订的具体内容;根据班恩和马克西莫夫的岩石应力方程,推导出了Terzaghi有效应力公式,说明了Terzaghi公式不仅适合土壤力学而且也适合岩石力学。根据前人由渗透率模量公式导出的Terzaghi有效应力与岩石渗透率的指数关系式,拟合定外压变内压和定内压变外压两种不同的实验条件所测得的实验数据,都具有较高的拟合精度,由于定外压变内压测试与油藏开发实际相符,建议采用定外压变内压操作。研究认为:岩石应力敏感性强弱可用应力敏感系数(α)来评价,推荐标准:0.005 MPa^(-1)敏感;0.025 MPa^(-1)敏感;0.035 MPa^(-1)敏感;0.045 MPa^(-1)敏感;α>0.100 MPa^(-1)为极强敏感。同时,根据多个文献的实验数据证实了砂岩储集层渗透率越低应力敏感性越强。

关键词：致密储集层岩石上覆压力孔隙压力 Terzaghi有效应力应力敏感性应力敏感系数

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致密砂砾岩储层应力敏感性评价研究

中国海上油气 2020年第3期32卷 105-110页

作者：张景王颖范希彬户海胜杨鑫李闽新疆油田公司勘探开发研究院新疆克拉玛依834000 油气藏地质及开发工程国家重点实验室西南石油大学四川成都610500

目前油田现场多采用常规应力敏感性或覆压渗透率实验方法来评价致密砂砾岩储层应力敏感性,所得结果与实际生产认识有很大偏差。选取4块岩心样品,采用非线性有效应力敏感实验,通过研究有效应力的变化来反映开采过程中各个阶段的围压与内... 详细信息

目前油田现场多采用常规应力敏感性或覆压渗透率实验方法来评价致密砂砾岩储层应力敏感性,所得结果与实际生产认识有很大偏差。选取4块岩心样品,采用非线性有效应力敏感实验,通过研究有效应力的变化来反映开采过程中各个阶段的围压与内压的变化规律,通过计算有效应力系数来反映致密砂砾岩储层中岩石孔隙形状、所充填砾石颗粒大小等物性因素的影响,并利用Jones模型对实验结果进行了评价,结果表明,4块岩样均存在中等应力敏感,与现场认识相符。分析认为,常规基质应力敏感实验过程相当于实验室应力敏感性实验的老化过程,因此建议采用非线性有效应力敏感实验及Jones评价方法来测量致密砂砾岩储层应力敏感性。

关键词：致密砂砾岩非线性有效应力渗透率应力敏感系数 Jones评价方法

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煤层瓦斯压力理论解析与影响因素分析

能源与环保 2023年第11期45卷 70-74,81页

作者：张占涛煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 中煤科工开采研究院有限公司北京100013

瓦斯压力和应力是煤与瓦斯突出发生的必要条件,揭示瓦斯压力与应力的关系对煤与瓦斯突出机理的研究有重要意义。在分析解放层开采对瓦斯压力影响规律和煤与瓦斯突出过程中瓦斯压力变化规律的基础上,根据气体状态方程和多孔介质有效应力... 详细信息

瓦斯压力和应力是煤与瓦斯突出发生的必要条件,揭示瓦斯压力与应力的关系对煤与瓦斯突出机理的研究有重要意义。在分析解放层开采对瓦斯压力影响规律和煤与瓦斯突出过程中瓦斯压力变化规律的基础上,根据气体状态方程和多孔介质有效应力理论,结合煤层孔隙度与应力的关系,得到了煤层瓦斯压力的解析解,分析了影响因素对瓦斯压力的影响规律。研究结果表明,应力是影响煤层瓦斯压力的主要因素;瓦斯压力受应力敏感系数α、地温梯度β、地应力梯度D等因素的影响,且与各因素存在正相关的非线性关系,在其他影响因素不变的情况下,煤层应力敏感系数α、地温梯度β、地应力梯度越大,瓦斯压力D越大;煤层应力敏感系数α越大,瓦斯压力对应力的变化越敏感;地应力梯度D和地温梯度β在煤层深部时对瓦斯压力的变化影响作用显著。

关键词：瓦斯压力应力敏感系数地应力梯度地温梯度

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测试条件对低渗气藏岩心应力敏感性的影响

西安石油大学学报（自然科学版） 2018年第4期33卷 55-60页

作者：闫健付美涛王瑞刘晓娟齐傲江西安石油大学陕西省油气田特种增产技术重点实验室陕西西安710065

研究三轴应力测试时,分别改变岩心出口端回压、轴向应力大小及围压加载速度,分析其对低渗气藏岩心渗透率应力敏感性测试结果的影响。实验结果表明:低渗气藏岩心无因次渗透率与净围压之间符合指数函数关系,随净围压增大,无因次渗透率逐... 详细信息

研究三轴应力测试时,分别改变岩心出口端回压、轴向应力大小及围压加载速度,分析其对低渗气藏岩心渗透率应力敏感性测试结果的影响。实验结果表明:低渗气藏岩心无因次渗透率与净围压之间符合指数函数关系,随净围压增大,无因次渗透率逐渐减小;随出口端回压的增大,孔隙压力增大,气体滑脱效应逐渐减弱,测得的应力敏感性越强,且渗透率越低或净围压越大,气体滑脱影响越明显;随轴向应力的增大,低渗气藏岩心应力敏感性越来越弱;围压加载越快,岩石应力敏感系数越大,测得的应力敏感性越强,但增加幅度变小。通常实验加载速度远远大于现场实际,要获得真实低渗气藏应力敏感性,应选择合理的加载速度或根据实际加载速度对应力敏感系数进行修正。

关键词：低渗气藏三轴应力应力敏感性回压加载速度应力敏感系数

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裂缝型储层应力敏感与裂缝角度关系实验研究

钻采工艺 2018年第3期41卷 66-68页

作者：赵光宇胜利油田鲁明油气勘探开发有限公司

裂缝型油气藏是目前研究的热点油气藏之一。储层裂缝发育的复杂性和多样性决定了该类型油气藏开发的困难性,一方面裂缝的存在能够改善渗流通道,但其具有一定的应力敏感特征,会对储层造成一定程度的损害,导致渗透率下降,影响储层的开采... 详细信息

裂缝型油气藏是目前研究的热点油气藏之一。储层裂缝发育的复杂性和多样性决定了该类型油气藏开发的困难性,一方面裂缝的存在能够改善渗流通道,但其具有一定的应力敏感特征,会对储层造成一定程度的损害,导致渗透率下降,影响储层的开采效率。因此,在油气藏开发过程中对裂缝型储层进行应力敏感性评价至关重要。文章以某高温、高压裂缝型储层为研究对象,通过实验的方法测定了不同围压下渗透率随有效应力的变化规律,对比了人工裂缝和天然裂缝应力敏感性的区别,并分析了裂缝角度与应力敏感系数之间的关系。实验表明,该区块应力敏感程度中等偏强,人工裂缝的应力敏感程度略高于天然裂缝,应力敏感系数随角度的增加呈线性变化关系。

关键词：裂缝型油气藏应力敏感实验裂缝角度应力敏感系数