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水岩作用对页岩岩石物理性质的影响——以四川盆地下志留统龙马溪组页岩为例 被引量：12
1
作者 熊健 李羽康 +3 位作者 刘向君 梁利喜 丁乙 侯连浪 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期190-201,共12页
页岩气的勘探开发离不开高效的钻井和有效的压裂,勘探开发过程中页岩—水的相互作用有利也有弊,但目前缺少水岩作用对页岩岩石物理性质影响的系统认识。为此,以四川盆地下志留统龙马溪组页岩为例,开展了页岩岩样的吸附性能、孔隙度、渗... 页岩气的勘探开发离不开高效的钻井和有效的压裂,勘探开发过程中页岩—水的相互作用有利也有弊,但目前缺少水岩作用对页岩岩石物理性质影响的系统认识。为此,以四川盆地下志留统龙马溪组页岩为例,开展了页岩岩样的吸附性能、孔隙度、渗透率、声波速度和力学性能等测试与分析,研究了水岩作用对龙马溪组页岩岩样孔隙结构的影响,并讨论了页岩孔隙结构的变化规律。研究结果表明:(1)页岩中水相的存在会降低甲烷的吸附量,导致页岩对甲烷吸附能力的降低;(2)随着页岩在水中浸泡时间增加,页岩孔隙度和渗透率由快速上升变为缓慢上升,且页岩渗透率的增大幅度明显大于孔隙度增幅;(3)随着浸泡时间增加,页岩声波速度降低、衰减系数增大,且衰减系数的增幅要明显大于波速降幅;(4)随着浸泡时间增加,页岩单轴抗压强度和断裂韧性呈下降趋势;(5)随着浸泡时间增加,页岩比表面积、总孔容、平均孔径呈增大趋势,水岩作用过程中的页岩孔隙形态类型不发生较大的变化,且较大孔隙(孔径大于5 nm)的分形维数与浸泡时间呈良好的正向关系。结论认为:(1)水岩作用在一定程度上可以改变页岩的岩石物理性质,导致页岩的岩石强度和断裂韧性降低,弱化页岩气地层钻井过程中的井壁稳定性;(2)水岩作用也会导致页岩中裂缝尖端处应力强度因子增大,有利于页岩中裂缝延伸与扩展,加快页岩气渗流速度,促进页岩气解吸,提高页岩气产量,缩短页岩气井的生命周期,提高页岩气开发的综合效益。 展开更多
关键词 四川盆地 下志留统 龙马溪组 页岩 水岩作用 物理性质 力学特性 孔隙结构
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割理对煤岩加载过程能量演化特征影响数值模拟 被引量：9
2
作者 侯连浪 刘向君 +3 位作者 梁利喜 张平 谢斌 李丹琼 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期1061-1069,共9页
能量是导致岩样破坏的本质因素,割理发育是煤岩的显著特征,为分析割理对煤岩加载过程能量演化特征的影响,使用RFPA软件对不同割理数量、不同割理密度及不同割理角度3类二维数值模型开展单轴压缩数值模拟试验,使用MATLAB软件计算了数值... 能量是导致岩样破坏的本质因素,割理发育是煤岩的显著特征,为分析割理对煤岩加载过程能量演化特征的影响,使用RFPA软件对不同割理数量、不同割理密度及不同割理角度3类二维数值模型开展单轴压缩数值模拟试验,使用MATLAB软件计算了数值模型的分形维数用以表征割理结构复杂性,分析了割理数量、割理密度及割理角度对能量应变曲线及破坏点能量的影响,探讨了割理结构复杂性对煤岩能量演化特征的影响。研究表明:以弹性能曲线从“下凹”变为“上凸”的“拐点”为1个分界点,以应力曲线及弹性能曲线的最高点(即试样破坏位置)为另外1个分界点,可将整个加载过程可分为能量聚集、能量耗散与能量释放3个阶段;无论割理在煤岩内部的分布均匀与否,随着试样内部割理总量增多,总能量曲线及弹性能曲线随着加载过程进行而上升的速度越慢,耗散能随轴向应变增大而增大的速度相近,外力只需对试样做功较少即可使得试样破坏,岩石弹性变形所具有势能降低,但用于破坏试样内部结构、产热以及岩石发生运动所消耗的能量基本保持不变;割理角度为0°和90°两种情况下总能量和弹性能随着轴向应变增大而增大的速度最快,60°时总能量和弹性能增大速度最慢,不同割理角度情况下耗散能增大速率无显著规律;随着割理角度逐渐增大,样品总能量及弹性能均先降低后升高,呈现为近似的“U”字型,耗散能先基本保持不变,而后出现小幅增大;总能量及弹性能随着割理结构复杂性增强而减小,耗散能随割理结构复杂性的变化无显著变化;煤岩内割理角度的对其压缩过程能量存储影响最大,割理集中分布对压缩过程能量存储的影响较割理均匀分布显著。 展开更多
关键词 煤岩 割理 能量 盒维数
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滇东黔西松软煤岩三轴压缩力学特性及能量演化特征 被引量：9
3
作者 侯连浪 刘向君 +3 位作者 梁利喜 张平 谢斌 李丹琼 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期105-110,共6页
为促进滇东黔西地区煤炭资源安全高效开发,开展了不同围压下的三轴压缩试验,研究了该地区松软煤岩的压缩力学特性及能量演化特征。研究结果表明:裂隙增大了松软煤岩差应力-应变曲线峰后下降的速率,差应力-体积应变曲线从峰前屈服阶段开... 为促进滇东黔西地区煤炭资源安全高效开发,开展了不同围压下的三轴压缩试验,研究了该地区松软煤岩的压缩力学特性及能量演化特征。研究结果表明:裂隙增大了松软煤岩差应力-应变曲线峰后下降的速率,差应力-体积应变曲线从峰前屈服阶段开始左拐,表现出扩容现象,达到峰值强度后扩容现象愈加明显;围压增强了煤岩承压能力,对煤岩压缩变形过程中径向变形的抑制作用明显;围压条件下,松软煤岩的抗压强度、破坏模式及破坏角均符合Coulomb强度准则;围压几乎不影响弹性能的增长速率,但提高了煤样储存弹性能的能力,受割理等裂隙影响,耗散能与围压无明确相关关系。 展开更多
关键词 滇东黔西 煤岩 力学特性 能量演化
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应力卸载-水化协同作用下页岩井壁稳定性模型 被引量：4
4
作者 丁乙 刘向君 +5 位作者 梁利喜 熊健 李玮 魏晓琛 段茜 侯连浪 《石油勘探与开发》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1289-1297,共9页
采用三轴实验与剪切实验,以横观各向同性理论与弱面准则为依据,融合钻井应力卸载与水化作用下的力学损伤,建立了应力卸载-水化协同作用下的页岩井壁稳定模型,开展了页岩地层井壁稳定性影响因素分析。研究表明:页岩钻开后发生应力卸载,... 采用三轴实验与剪切实验,以横观各向同性理论与弱面准则为依据,融合钻井应力卸载与水化作用下的力学损伤,建立了应力卸载-水化协同作用下的页岩井壁稳定模型,开展了页岩地层井壁稳定性影响因素分析。研究表明:页岩钻开后发生应力卸载,围压、轴向应力越大,应力卸载造成的页岩强度弱化越显著,应力卸载幅度与页岩力学强度弱化程度正相关。页岩层理越发育,越易沿层理破坏,应力卸载时,弱结构面与应力卸载协同作用,页岩强度弱化程度越高,力学稳定性越差,井壁失稳风险越大。外部流体易沿层理侵入,促进页岩水化,水化作用同样使页岩力学稳定性变差,降低井壁稳定性。应力卸载对页岩地层坍塌压力的影响主要发生在钻井前期,水化损伤对井壁失稳的影响主要发生在钻井后期。层理、应力卸载、水化作用共同影响页岩井壁稳定性,应力卸载-水化协同作用下页岩井壁稳定性模型综合考虑了三者的影响,经现场应用检验,预测结果符合钻井实际,可靠性较好。 展开更多
关键词 页岩 钻井 层理 应力卸载 水化作用 页岩强度 井壁稳定性
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巴什基奇克组地层岩石力学及地应力特征 被引量：5
5
作者 侯连浪 刘向君 +3 位作者 梁利喜 张辉 尹国庆 熊健 《科学技术与工程》 北大核心 2021年第10期3894-3903,共10页
为深入认识克深地区巴什基奇克组地层岩石力学及地应力特征,以室内力学试验结果及压裂分析结果为依据,采用点-线-面、体逐步递进的技术思路开展研究区岩石力学参数三维空间展布及三维地应力反演分析。研究结果表明:地层弹性模量及抗压... 为深入认识克深地区巴什基奇克组地层岩石力学及地应力特征,以室内力学试验结果及压裂分析结果为依据,采用点-线-面、体逐步递进的技术思路开展研究区岩石力学参数三维空间展布及三维地应力反演分析。研究结果表明:地层弹性模量及抗压强度在分析区域西南角以及南部边缘相对较高,其余大部分区域相对较低。地层泊松比主要分布在区域西南角以及南部边缘泊松比相对较低,其余部分相对较高,弹性模量与抗压强度的分布规律相近,与泊松比分布规律相反。巴什基奇克组地层地应力状态以潜在走滑型为主,垂向主应力分布范围则为130.0~196.0 MPa,水平最大主应力分布范围为160.0~210.0 MPa,水平最小主应力平面分布范围则为110.0~175.0 MPa,断裂带附近主应力的大小变化较大,形成快速的应力变化带。断层下盘应力集中程度大,应力水平高,断层上盘呈现低应力水平,形成显著的低应力区。埋深对最大主应力影响显著,构造高点地应力水平相对较低。巴什基奇克组地层顶面地应力方位以近NS向为主,水平最大主应力方位范围为345°~25°。 展开更多
关键词 岩石力学特性 地应力特征 巴什基奇克组地层 测井数据 地震数据
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基于BP神经网络的页岩静弹性模量预测研究 被引量：5
6
作者 侯连浪 梁利喜 +1 位作者 刘向君 熊健 《科学技术与工程》 北大核心 2016年第30期176-180,195,共6页
页岩的静弹性模量是页岩油气资源勘探开发整个过程的重要参数,现阶段页岩静弹性模量的预测往往是先使用岩芯纵波时差及密度计算出动态弹性模量,再寻找动、静态弹性模量之间的关系。岩石矿物组成的差异常常导致常规思路得到的动、静态弹... 页岩的静弹性模量是页岩油气资源勘探开发整个过程的重要参数,现阶段页岩静弹性模量的预测往往是先使用岩芯纵波时差及密度计算出动态弹性模量,再寻找动、静态弹性模量之间的关系。岩石矿物组成的差异常常导致常规思路得到的动、静态弹性模量的相关性较差,预测结果难以满足工程需求。为完成对研究区块岩芯的静弹性模量预测研究,首先对岩芯进行密度及纵波时差的测量;而后运用全岩矿物分析、黏土矿物分析及三轴压缩试验的方法对岩芯静弹性模量进行对比分析;并由三轴压缩试获取岩芯静弹性模量。按输入变量的不同建立并训练了三个BP神经网络预测系统;并对三个预测系统的应用效果加以对比分析。分析结果表明:只以岩芯密度和纵波时差为输入变量的BP神经网络的预测效果较差;以岩芯密度、纵波时差、石英含量及伊利石含量为输入变量时的BP神经网络预测效果较好,以岩芯密度、纵波时差、石英含量、方解石含量、伊利石含量及伊/蒙混层含量为输入变量时的BP网络预测效果最好。 展开更多
关键词 页岩 BP神经网络 密度 纵波时差 矿物组成 静弹性模量
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软煤样断裂韧性加载速率效应实验研究 被引量：2
7
作者 侯连浪 刘向君 +3 位作者 梁利喜 张平 谢斌 张旭 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期46-51,共6页
为探究加载速率对软煤样Ⅰ型断裂韧性的影响,对取自云南老厂的煤样开展压入硬度实验及不同加载速率条件下的断裂韧性实验,分析加载速率及割理角度对软煤样断裂特性的影响。结果表明:实验老厂煤岩压入硬度分布在51.84~125.03 MPa之间,按... 为探究加载速率对软煤样Ⅰ型断裂韧性的影响,对取自云南老厂的煤样开展压入硬度实验及不同加载速率条件下的断裂韧性实验,分析加载速率及割理角度对软煤样断裂特性的影响。结果表明:实验老厂煤岩压入硬度分布在51.84~125.03 MPa之间,按压入硬度划分属于软岩类别;实验岩样Ⅰ型断裂韧性分布在0.0099~0.2082 MPa·mm^(0.5)之间,平均值为0.0965 MPa·mm^(0.5);在0.2~1.1 mm/min的位移加载速率范围内,实验软煤岩Ⅰ型断裂韧性值随加载速率的增大呈现先增大后降低的规律,割理角度对软煤岩Ⅰ型断裂韧性有较大影响,Ⅰ型断裂韧性与割理角度的关系呈现为负线性相关性。低加载速率条件下,软煤岩表现为韧性断裂,高加载速率条件下,软煤岩表现为脆性断裂,加载速率的变化导致软煤岩断裂类型的变化。 展开更多
关键词 软煤样 加载速率 割理角度 断裂韧性
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压力及温度对碳酸盐岩声波速度与频谱特征的影响实验 被引量：2
8
作者 侯连浪 刘向君 +3 位作者 梁利喜 石新 马修刚 曹雯 《地质科技通报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期170-177,共8页
碳酸盐岩声波传播特征具有重要的应用价值,系统性地分析流体类型、流体压力、温度及围压对碳酸盐岩声波速度与频谱特性影响的研究仍需加强。选取四川盆地合川-潼南地区灯影组缝洞碳酸盐岩,开展了不同条件下的声波透射实验,分析了围压、... 碳酸盐岩声波传播特征具有重要的应用价值,系统性地分析流体类型、流体压力、温度及围压对碳酸盐岩声波速度与频谱特性影响的研究仍需加强。选取四川盆地合川-潼南地区灯影组缝洞碳酸盐岩,开展了不同条件下的声波透射实验,分析了围压、孔隙压力、压力差、温度及流体类型对碳酸盐岩样品声波速度的影响及不同条件下透射声波的主频特征。研究结果表明:饱和地层水时声波速度对压力变化的敏感度较饱和氮气时低。压力变化过程中,声波速度变化幅度与岩样孔隙度为正相关关系。实验温度范围内,随着温度逐渐升高,饱和地层水、氮气岩心纵波速度、横波速度均小幅降低。当差应力较低时,通过改变孔隙压力来改变差应力的方式对应的声波速度大于通过改变围压来改变差应力方式对应的声波速度,当差应力较高时,结论相反。相同差应力条件下,声波速度对围压变化较孔隙压力变化更为敏感。定围压变孔隙压力与定孔压变围压曲线所对应的2条声波速度-差应力关系曲线的夹角及斜率差可定性反映岩样动态Biot有效应力系数相对大小。随着差应力增大,孔隙压力对有效应力的贡献逐渐降低。随着孔隙压力增大,纵波主频幅值、横波主频幅值均逐渐下降,随着围压增大,纵波主频幅值、横波主频幅值均逐渐增大,随着温度逐渐升高,纵波主频幅值、横波主频幅值均逐渐增大。研究结果有助于基于测井声波信息开展碳酸盐岩地层孔隙压力预测相关理论研究及工程应用。 展开更多
关键词 碳酸盐岩 声波 压力 温度 频谱特征
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恩洪-老厂区块中高阶煤岩微观结构特征及物性分析 被引量：1
9
作者 张平 刘向君 +3 位作者 李丹琼 梁利喜 谢斌 侯连浪 《科学技术与工程》 北大核心 2019年第16期44-50,共7页
为了进一步认识恩洪-老厂区块中高阶煤岩的微观结构及物性特征,分煤阶开展了扫描电镜试验、基础物性测试、巴西劈裂试验及三轴压缩试验,分析了研究区煤岩的微观结构特征,物性分布特征,变形破坏特征及强度特征。结果表明:研究区块焦煤发... 为了进一步认识恩洪-老厂区块中高阶煤岩的微观结构及物性特征,分煤阶开展了扫描电镜试验、基础物性测试、巴西劈裂试验及三轴压缩试验,分析了研究区煤岩的微观结构特征,物性分布特征,变形破坏特征及强度特征。结果表明:研究区块焦煤发育有气孔及植物细胞残留孔,微观裂隙以张性裂隙为主,无烟煤主要发育有张性裂隙,张裂纹较粗糙、延伸不稳定,裂隙中可见方解石充填;研究区块无烟煤密度高于焦煤,焦煤平均孔隙度大于无烟煤,焦煤渗透率高于无烟煤,焦煤纵波和横波时差高于无烟煤;抗张试验中,焦煤煤样破坏断面呈锯齿形,主裂缝外还存在多条裂缝,破坏程度更加剧烈,无烟煤煤样断面更为平直光滑;随着围压增大,煤岩压缩破坏由多位置、高角度的原生结构面扩展破坏转变为煤岩基质的剪切破坏,峰值应变逐渐增大,抗压强度逐渐增大。 展开更多
关键词 恩洪-老厂区块 中高阶煤 微观结构 物性
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页岩渗吸过程中的水化损伤演化特征研究 被引量：6
10
作者 丁乙 刘向君 +4 位作者 曹雯 周吉羚 梁利喜 熊健 侯连浪 《工程地质学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期1262-1272,共11页
页岩气开发必须依赖长段水平井技术,但页岩属于典型的钻井易失稳地层,制约了页岩储层长段水平井钻井。水化损伤是造成该类地层垮塌失稳的主要诱因。钻井过程中,渗吸作用是钻井液中的水相介质进入地层的主要形式之一。水相介质进入页岩后... 页岩气开发必须依赖长段水平井技术,但页岩属于典型的钻井易失稳地层,制约了页岩储层长段水平井钻井。水化损伤是造成该类地层垮塌失稳的主要诱因。钻井过程中,渗吸作用是钻井液中的水相介质进入地层的主要形式之一。水相介质进入页岩后,与内部黏土发生水化反应,形成损伤效应。目前,对页岩水化损伤机制的研究已经较为成熟,但围绕渗吸与水化的相关性研究较为缺乏,对渗吸过程中的页岩水化损伤演化规律的认识不够深入,限制了页岩储层水平井钻井提质提速。基于此,本文结合室内渗吸实验与力学实验,以损伤力学理论为基础,明确了页岩渗吸特征,以及渗吸过程中的水化结构损伤演变规律,构建了渗吸过程中的页岩水化损伤本构模型,分析了渗吸过程中页岩能量响应规律。研究结果表明:页岩渗吸在前期更为显著,后期逐渐趋于稳定。水化损伤程度与渗吸程度具有对应性。渗吸过程中,页岩水化裂纹逐渐扩展,力学强度降低,页岩从脆性向塑性转变。随渗吸时间增加与水化作用增强,岩石吸收总能、弹性能以及耗散能均呈现降低趋势,力学稳定性变差。研究成果深化了对页岩储层力学行为特征的认识,为实现页岩气储层高效安全的长段水平井技术提供了理论支撑。 展开更多
关键词 页岩气储层 井壁失稳 渗吸 水化损伤 本构模型
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