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损伤和剪胀效应对裂隙煤体渗透率演化规律的影响研究 被引量:10
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作者 魏明尧 王春光 +2 位作者 崔光磊 檀玉玲 张守文 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期574-582,共9页
煤层瓦斯渗透率是影响瓦斯抽采和动力灾害防治的重要参数。为了研究煤体损伤和剪胀变形对渗透率的影响,首先引入损伤变量反映煤体损伤破坏状态,建立了基于体应变增量的煤体损伤本构模型。并采用Hurst指数表征裂隙表面粗糙度,基于裂隙表... 煤层瓦斯渗透率是影响瓦斯抽采和动力灾害防治的重要参数。为了研究煤体损伤和剪胀变形对渗透率的影响,首先引入损伤变量反映煤体损伤破坏状态,建立了基于体应变增量的煤体损伤本构模型。并采用Hurst指数表征裂隙表面粗糙度,基于裂隙表面的分形特征,建立了裂隙渗透率在压缩和剪切作用下的演化模型。通过对TOUGH2和FLAC^(3D)软件进行二次开发,建立了基于双重孔隙模型的TOUGH2(CH_4)-FLAC气-固耦合数值分析工具。采用本软件对煤样单轴压缩过程进行模拟分析,结果表明:煤体的破坏是损伤单元累积和贯通的结果,最终形成贯通煤体的损伤带是造成煤体失稳破坏的主因;围岩内的渗透率增加区域与损伤区位置基本一致,其中裂隙系统的渗透率增加幅度最大可达2个数量级;剪切破坏区的裂隙发生剪胀变形,引起裂隙渗透率大幅增加。建立的理论模型与数值计算工具为制定瓦斯治理措施提供了理论指导。 展开更多
关键词 剪胀效应 煤体损伤 HURST指数 渗透率演化 双重介质
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采动煤岩渗透率演化模型及数值模拟 被引量:6
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作者 张春会 赵莺菲 +1 位作者 王来贵 于永江 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第8期2409-2418,共10页
为描述采动煤岩渗透率演化过程,引入强度退化指数,基于Hoek-Brown强度准则,建立了考虑围压影响的煤岩应变软化力学本构模型。给出了体积应变和渗透率的关系方程,结合应变软化模型建立了采动煤岩渗透率演化模型,并在FLAC下予以实现。通... 为描述采动煤岩渗透率演化过程,引入强度退化指数,基于Hoek-Brown强度准则,建立了考虑围压影响的煤岩应变软化力学本构模型。给出了体积应变和渗透率的关系方程,结合应变软化模型建立了采动煤岩渗透率演化模型,并在FLAC下予以实现。通过数值模拟研究了不同围压下圆柱岩样的峰后应变软化力学行为和某煤矿工作面开采过程中煤岩的渗透率演化过程,结果表明:(1)该模型能较好地反映围压对煤岩峰后应变软化行为的影响;(2)随着工作面推进,越来越多的煤岩单元破坏,渗透率也不断增长,逐渐成为瓦斯等流体运移的主要通道。(3)模型能再现采动煤岩渗透率演化的动态过程,从而为煤与瓦斯共采、煤层瓦斯抽放和瓦斯灾害防治提供指导。 展开更多
关键词 采动煤岩 强度退化指数 渗透率演化 围压 体积应变 应变软化模型
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岩石应变软化及渗透率演化模型和试验验证 被引量:11
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作者 张春会 郑晓明 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期1125-1132,共8页
为预测承载岩石的应变软化和渗透率演化,基于Gebdykes白云岩的三轴试验结果,分析了围压对岩石弹性模量、破坏应变、峰值强度、强度退化过程、残余强度和剪胀扩容的影响规律。将岩石变形全过程简化为3阶段,使用强度退化指数、脆性模量系... 为预测承载岩石的应变软化和渗透率演化,基于Gebdykes白云岩的三轴试验结果,分析了围压对岩石弹性模量、破坏应变、峰值强度、强度退化过程、残余强度和剪胀扩容的影响规律。将岩石变形全过程简化为3阶段,使用强度退化指数、脆性模量系数和扩容指数改进FLAC中的SS模型,建立了考虑围压影响的岩石应变软化模型。基于淮南潘一矿煤、凝灰岩、巴里坤砂岩、山西安家岭泥岩的渗透率与体积应变实验数据,建立了基于体积应变增透率的岩石渗透率演化模型,与改进SS模型结合,建立了考虑围压影响的岩石应变软化和渗透率演化模型。利用本文模型分别模拟了安家岭泥岩和Gebdykes白云岩的三轴压缩、渗透率演化和体积扩容过程,结果表明:1体积应变渗透率演化模型能较好地描述体积应变与渗透率的关系;2本文模型能较好地模拟围压对岩石残余强度、峰后强度退化过程和剪胀扩容的影响,能较准确预测承载岩石的渗透率演化。 展开更多
关键词 应变软化 改进SS模型 体积应变增透 渗透率演化
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基于脆性模量系数的岩石应变软化及渗透率演化模型 被引量:2
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作者 张春会 岳宏亮 +2 位作者 王来贵 郭晓康 于永江 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期255-264,共10页
岩石峰后应变软化力学行为及渗透率演化规律是岩石工程稳定性和安全性分析的基础。在三轴实验基础上分析了围压对岩石峰后应变软化力学行为的影响规律,提出了描述围压对岩石峰后脆性影响的新参数,即脆性模量和脆性模量系数,分析了脆性... 岩石峰后应变软化力学行为及渗透率演化规律是岩石工程稳定性和安全性分析的基础。在三轴实验基础上分析了围压对岩石峰后应变软化力学行为的影响规律,提出了描述围压对岩石峰后脆性影响的新参数,即脆性模量和脆性模量系数,分析了脆性模量的物理意义和脆性模量系数方法的应用范围。基于脆性模量系数,结合强度退化指数、扩容指数、FLAC中的SS模型和体积应变增透率,建立了考虑围压影响的岩石应变软化模型和渗透率演化模型。利用本文模型较好地模拟再现了不同围压下Gebdykes白云岩变形和巴里坤砂岩渗透率的演化过程,验证了本文模型的合理性。将本文模型应用于某煤层开采过程中围岩变形和渗透率的动态演化预测,结果表明随着煤层开采,采动应力引起围岩变形、破坏,其渗透率也随之动态变化,本文模型能较好地再现煤层开采过程中围岩的渗透率动态演化规律。 展开更多
关键词 脆性模量系数 体积应变增透 渗透率演化 应变软化
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连续加载应力下真实裂缝流场和渗透率演化规律数值研究 被引量:3
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作者 梁运培 张怀军 +4 位作者 王礼春 秦朝中 田键 陈强 史博文 《油气藏评价与开发》 CSCD 2023年第6期834-843,共10页
采用数值随机生成的裂缝研究有效应力作用下裂缝导流能力变化忽视了真实裂缝开度非均质性的影响。研究采用巴西劈裂法对不同种类岩石造缝获取真实裂缝样品,使用三维光学扫描仪提取真实裂缝形貌特征及裂缝开度信息,建立接触力学模型和单... 采用数值随机生成的裂缝研究有效应力作用下裂缝导流能力变化忽视了真实裂缝开度非均质性的影响。研究采用巴西劈裂法对不同种类岩石造缝获取真实裂缝样品,使用三维光学扫描仪提取真实裂缝形貌特征及裂缝开度信息,建立接触力学模型和单相渗流模型,开展了有效应力连续加载下的裂缝流场和渗透率演化行为数值研究,并分析了传统的经验公式对真实裂缝案例的适应性。结果表明:①巴西劈裂的25 mm×50 mm真实裂缝在原始开度、表面粗糙度等微观结构上具有非均质性强特征,与直接通过数值生成的达到平均化尺度的裂缝存在明显不同;②由于非均质性的影响,不同岩石裂缝在有效应力加载过程中的裂缝开度、接触面积和空间相关长度在x方向和y方向上的演化行为有显著区别,且对渗透率变化的控制机理不同;③采用传统的经验公式拟合裂缝应力敏感渗透率演化时,拟合程度随着裂缝样品的非均质性增加而出现偏差增大。研究认为,传统经验公式在研究达到平均化尺度的裂缝时具有较好的应用基础,但针对非均质性强或整体未能满足平均化裂缝的应用受限。 展开更多
关键词 裂缝 应力 渗透率演化 非均质性 数值模拟
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双孔双渗煤岩渗透率演化模型及应用 被引量:2
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作者 张璐 王刚 +2 位作者 于俊红 肖智勇 王珂 《山东科技大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2021年第1期33-42,共10页
为了探究二氧化碳在煤岩封存过程中的渗流变化趋势,视煤岩为双重介质,综合考虑二氧化碳的Fick扩散、Knudsen扩散、表面扩散以及有效应力变化引起的弹性变形和吸附引起的基质膨胀变形的影响,建立煤岩双孔双渗渗透率演化模型。通过二氧化... 为了探究二氧化碳在煤岩封存过程中的渗流变化趋势,视煤岩为双重介质,综合考虑二氧化碳的Fick扩散、Knudsen扩散、表面扩散以及有效应力变化引起的弹性变形和吸附引起的基质膨胀变形的影响,建立煤岩双孔双渗渗透率演化模型。通过二氧化碳注入煤岩的室内实验,验证该模型的有效性。基于有限元软件COMSOL,将建立的渗透率演化模型应用于煤层二氧化碳封存技术,对原位状态下二氧化碳注入煤岩10000天过程中的渗透率演化规律进行数值模拟。结果表明:煤岩基质和裂隙的净渗透率随注入时间和气体压力的增加而减小;在二氧化碳封存过程中,基质渗透率由吸附作用控制,有效应力发挥作用很小;裂隙渗透率由吸附作用和有效应力共同控制,其中吸附作用占主导。 展开更多
关键词 渗透模型 有效应力 吸附作用 渗透率演化 二氧化碳封存
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采动应力下深部煤体渗透率演化规律研究 被引量:10
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作者 荣腾龙 刘克柳 +3 位作者 周宏伟 关灿 陈岩 任伟光 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1106-1114,共9页
为了研究深部开采工作面前方煤体的渗透属性,首先基于典型开采方式应力路径进行了不同瓦斯压力下的深部煤体渗透率测试,然后根据渗透率升降速率和单调性对渗透率的演化过程进行划分,归纳出常规三轴加载和采动应力下煤体渗透率演化过程... 为了研究深部开采工作面前方煤体的渗透属性,首先基于典型开采方式应力路径进行了不同瓦斯压力下的深部煤体渗透率测试,然后根据渗透率升降速率和单调性对渗透率的演化过程进行划分,归纳出常规三轴加载和采动应力下煤体渗透率演化过程概化模型,最后结合三向扰动应力下的深部煤体渗透率模型与二次多项式拟合关系建立了深部采动煤体全应力–应变渗透率理论模型。结果表明:典型开采方式采动应力路径下深部煤体的应力–应变曲线不存在压密阶段;峰值应力之前和之后测点的渗透率增加率上升幅度较小,而峰值点的渗透率增加率上升幅度较大;常规三轴加载的煤体渗透率曲线呈“V”字形,相应的概化模型包括下降段、峰前缓升段、急升段和峰后缓升段;采动应力下的深部煤体渗透率曲线呈倒“Z”字台阶形,相应的概化模型可划分为峰前缓升段、急升段和峰后缓升段;建立的渗透率理论模型能够表征不同开采方式下深部煤体全应力–应变过程的渗透率演化。 展开更多
关键词 深部煤体 渗透率演化 采动应力 概化模型 全应力–应变
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循环载荷作用下煤体渗透率演化的实验分析 被引量:12
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作者 刘永茜 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期2579-2588,共10页
多期次载荷作用下的煤体,其孔隙结构会发生复杂变化,渗透率也随之改变。然而,不同加卸载速率与循环周期决定着煤体渗透率变化路径,影响其应力敏感性,开展循环载荷控制下煤体渗透率演化规律研究,对于解释复杂应力场下煤层渗透率的各向异... 多期次载荷作用下的煤体,其孔隙结构会发生复杂变化,渗透率也随之改变。然而,不同加卸载速率与循环周期决定着煤体渗透率变化路径,影响其应力敏感性,开展循环载荷控制下煤体渗透率演化规律研究,对于解释复杂应力场下煤层渗透率的各向异性特征有理论支撑作用。借助于煤层渗透率应力敏感模型分析,研究了影响煤体渗透率变化的关键表征参数及其函数关系;为验证关键参数对煤体渗透率影响,采用预定轴压和气压、加卸载围压的方式开展煤体三轴循环变载气体渗流实验,分析在不同围压(2.0~12.0 MPa)下煤体渗透率和体应变的演化规律;为研究煤体孔隙结构变化对渗透率的影响,通过低温氮气吸附实验和荧光显微镜煤样观测统计,完成了循环载荷加卸载前后煤体孔隙结构变化对比。研究结果表明,煤体加载/卸载过程中渗透率变化趋势与围压变化负相关,总体可以分为线性段、指数段和稳定段等3个阶段;随循环加载次数的增加煤体应变逐步增大,而渗透率却随之降低;相同条件下,煤体渗透率随体应变增加而升高,增幅在16.79%以上,而渗透率恢复率逐步降低,且与围压变化负相关;3次循环加卸载实验导致煤体孔隙结构发生了显著变化,微孔体积提高71.79%,比表面积增加52.19%,而平均孔径降低32.06%,但循环载荷没有改变煤体的最可几孔径;孔隙结构变化的数据表明,微孔体积增加是煤体渗透率劣化的重要标志之一。对比循环载荷作用前后的孔隙结构实验数据发现,影响气体吸附-解吸的孔隙结构变化,决定了“迟滞环”面积,而决定“迟滞环”形状的关键因素是由煤体最可几孔径控制的突变压力。另外,煤体应变包括裂隙体积变化和孔隙体积变化两部分,其中裂隙影响重要度指标(χ)反映了裂隙体积变化在煤体应变中的权重关系,χ变化随围压升高而降低。 展开更多
关键词 循环加卸载 裂隙 渗透率演化 应力敏感 损伤变量
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煤层气压裂水平井生产动态分析及其渗透率协同演化机制 被引量:2
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作者 郭建春 张涛 +3 位作者 武玺 赵志红 李宗源 曾杰 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期516-531,共16页
大规模压裂改变了煤层气低产、低效的开发现状,但煤层气压裂井生产动态不清晰、渗透率演化机制不明确,极大地限制了煤层气藏的高效开发。为此,考虑煤层吸附膨胀、裂缝压缩和非稳态蠕变条件下的总应变演化,结合立方定律建立渗透率模型,... 大规模压裂改变了煤层气低产、低效的开发现状,但煤层气压裂井生产动态不清晰、渗透率演化机制不明确,极大地限制了煤层气藏的高效开发。为此,考虑煤层吸附膨胀、裂缝压缩和非稳态蠕变条件下的总应变演化,结合立方定律建立渗透率模型,利用有限体积法(FVM)结合瞬态嵌入式离散裂缝模型(tEDFM)求解压力和渗透率场。依托嵌入式流量交换原理,建立吸附-游离多重采出计算框架,实现压后生产动态分析和产能计算。研究发现:煤层气压裂井生产动态包括初期高产、解吸上升、中期稳产、后期衰减和末期枯竭5个阶段。兰氏压力越大,吸附气上产越快,兰氏压力为2.6 MPa时,1800 d后吸附气主导生产。兰氏体积增加至15 m^(3)/t,解吸附贡献占比持续上升,吸附态甲烷在560 d后成为主要气源。水力裂缝越密集,泄压面积增大显著提升初期产能且衰减越晚。裂缝间距增大3倍,最高产气量减少48%,裂缝半长增加50 m,初期产量增加近1倍。渗透率演化包括损失、恢复和增强3个阶段,裂缝压缩系数为0.03 MPa-1,800 d内损失率高达76%。尽管裂缝闭合造成渗透率损失,当甲烷解吸并采出,膨胀应变减小,使得渗透率进入恢复阶段。压裂规模增大,渗透率恢复越快且程度更高,促进煤层气长效采出。当解吸附应变大于0.06,渗透率在生产后期可恢复并增强至初期的1.2倍。煤层黏弹性模量越低,蠕变造成的渗透率损伤越明显。 展开更多
关键词 煤层气 多尺度渗流 FVM-tEDFM 嵌入式流量交换 多重采出 渗透率演化
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粗糙裂隙渗流-溶蚀耦合过程可视化试验及渗透性演化规律研究 被引量:2
10
作者 王婷 王子龙 +1 位作者 李炎隆 何亚宁 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第8期1662-1671,共10页
西南地区岩溶区域分布广泛,水资源丰富,是中国未来水资源开发的主战场。探究岩溶过程中溶蚀模式的发育规律及其对岩体渗透特性影响,对保证涉及岩溶发育区的水利工程设施的选址、建设及长期运行安全至关重要。为此,研发了粗糙裂隙渗流-... 西南地区岩溶区域分布广泛,水资源丰富,是中国未来水资源开发的主战场。探究岩溶过程中溶蚀模式的发育规律及其对岩体渗透特性影响,对保证涉及岩溶发育区的水利工程设施的选址、建设及长期运行安全至关重要。为此,研发了粗糙裂隙渗流-溶蚀耦合过程实时可视化试验平台,开展了不同流速下的粗糙裂隙渗流-溶蚀试验,研究了流速影响下粗糙裂隙溶蚀形态、溶蚀速率、裂隙开度变化、溶蚀模式转变及渗透性演化规律。试验观测到:随着流速的增加,溶蚀模式从紧凑溶蚀转变为“虫孔”溶蚀,进而转变为均匀溶蚀。根据穿透长度理论,定义了考虑裂隙长度的有效Da数Daeff,L,确立了溶蚀模式从紧凑溶蚀向“虫孔”溶蚀,进而向均匀溶蚀转变的临界转变条件分别为Daeff,L≈10与Daeff,L≈1,并得到了本文试验结果的验证。渗流-溶蚀耦合作用使裂隙渗透率的变化规律不再符合立方定律;在相同的开度变化时,“虫孔”溶蚀的渗透率增长最迅速,并远远大于立方定律,所需突破流量PVbt最小。研究成果可为自然及工程中岩溶过程的认识与控制提供参考依据与技术思路。 展开更多
关键词 粗糙裂隙 渗流-溶蚀耦合 可视化试验 理论判据 渗透率演化
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脆性岩石三轴压缩渐裂过程中的渗透性演化规律研究 被引量:17
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作者 王伟 李雪浩 +1 位作者 胡大伟 曹亚军 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第10期2761-2768,2779,共9页
岩石渐进破坏伴随着裂纹的开展发育,岩石的渗透性演化与裂纹的开展规律有着密切的联系。运用三轴渗流伺服装置对凝灰岩进行了不同围压和渗压下的渗流-应力耦合试验,分析了岩石在渐裂过程中不同裂纹开展阶段渗透率的演化规律。结果表明:... 岩石渐进破坏伴随着裂纹的开展发育,岩石的渗透性演化与裂纹的开展规律有着密切的联系。运用三轴渗流伺服装置对凝灰岩进行了不同围压和渗压下的渗流-应力耦合试验,分析了岩石在渐裂过程中不同裂纹开展阶段渗透率的演化规律。结果表明:在裂纹的稳定扩展阶段,渗透率的变化不明显,起裂强度对应的渗透率可用于确定最小渗透率;进入裂纹非稳定扩展阶段后,渗透率出现明显增大,增大过程可以分为两个阶段,裂纹环向应变能较好地反映渗透率增大的两个阶段,其拐点可用于确定起始渗透率的位置;在峰后软化阶段,渗透率出现下降并进入残余稳定阶段,裂纹环向应变率可以反映渗透率的下降阶段,并可用于确定峰值渗透率的位置。 展开更多
关键词 岩石渐进破裂 裂纹扩展 起裂强度 损伤强度 渗透率演化
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煤岩渗透率各向异性模型及瓦斯抽采模拟研究 被引量:9
12
作者 张浩浩 李胜 +3 位作者 范超军 王箫鹤 郭云峰 陶梅 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第12期109-115,共7页
为进一步明晰煤岩渗透率演化特征和基质瓦斯渗流对瓦斯抽采的影响,基于已有的基质瓦斯渗流流固耦合模型,考虑煤岩渗透率的各向异性特征,建立煤岩渗透率各向异性耦合模型;运用COMSOL Multiphysics软件,分析煤岩渗透率各向异性特征和基质... 为进一步明晰煤岩渗透率演化特征和基质瓦斯渗流对瓦斯抽采的影响,基于已有的基质瓦斯渗流流固耦合模型,考虑煤岩渗透率的各向异性特征,建立煤岩渗透率各向异性耦合模型;运用COMSOL Multiphysics软件,分析煤岩渗透率各向异性特征和基质瓦斯渗流对瓦斯抽采的影响。研究结果表明:随着渗透率各向异性系数的增大,基质与裂隙渗透率比例系数降低,瓦斯抽采效果明显降低;基质瓦斯渗流量比重最大值随各向异性系数的增大而增大,但在抽采中后期渗流量比重逐渐趋于稳定,且稳定在0. 1%左右;基质瓦斯渗流项在瓦斯抽采中某一特定阶段有促进作用。 展开更多
关键词 瓦斯抽采 渗透各向异性 流固耦合 基质瓦斯渗流 渗透率演化特征
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大孔道形成与演化过程流固耦合模拟 被引量:28
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作者 冯其红 齐俊罗 +3 位作者 尹晓梅 杨勇 邴绍献 张本华 《石油勘探与开发》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期498-502,512,共6页
为描述与认识油藏大孔道的形成与演化规律,建立了一套流固耦合数学模型。该数学模型由储集层渗透率演化模型与油藏流体渗流方程耦合而成,其中储集层渗透率的变化模型为渗透率与累计线流量的关系方程,反映了大孔道的演化过程。在此基础上... 为描述与认识油藏大孔道的形成与演化规律,建立了一套流固耦合数学模型。该数学模型由储集层渗透率演化模型与油藏流体渗流方程耦合而成,其中储集层渗透率的变化模型为渗透率与累计线流量的关系方程,反映了大孔道的演化过程。在此基础上,开发了模型求解软件。通过对正韵律概念模型的模拟计算,得出了大孔道在地层中的形成与演化规律:随着含水率的增加大孔道逐渐发育,含水率越高,大孔道越明显;大孔道主要发育在近井地带和主流线上;大孔道在正韵律厚油层底部发育;渗透率级差越大,注水过程中越容易形成大孔道;注采不均衡性导致在注采强度较大的方向上容易形成大孔道。实际模拟了胜利孤岛油田中二中30NB20井区Ng35大孔道的形成过程和特征,相应注水井实施调剖措施的效果进一步证实了大孔道的存在及本方法的可靠性。 展开更多
关键词 大孔道 渗透率演化模型 渗流方程 流固耦合 数值模拟
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高地应力高温条件裂隙介质地下水非线性渗流研究进展
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作者 许林 马海春 +4 位作者 王京平 张庆 黄逸航 钱家忠 王万林 《地学前缘》 北大核心 2026年第1期313-327,共15页
随着深部资源勘探、地热能源开发和核废料地质处置等工程活动的深入推进,地下水在高地应力高温环境下的渗流行为成为研究热点,进而关于如何构建适用于高地应力高温条件的多物理场耦合理论模型,以准确反映在真实地应力和温度条件下水岩... 随着深部资源勘探、地热能源开发和核废料地质处置等工程活动的深入推进,地下水在高地应力高温环境下的渗流行为成为研究热点,进而关于如何构建适用于高地应力高温条件的多物理场耦合理论模型,以准确反映在真实地应力和温度条件下水岩相互作用、裂隙形态演化与流体特性变化的动态过程成为重点关注的问题。本文系统综述了高地应力高温条件下地下水渗流的基本理论、实验研究与数值模拟进展,重点阐述了传统立方定律在裂隙渗流模拟中的适用性与局限,并介绍了非达西流与广义达西流的理论拓展,分析了地应力与温度对渗透率的耦合调控机制;总结了多项地应力与热力耦合实验成果及其渗流参数演化规律,探讨了数值模拟中地应力主导下裂隙几何形态演变与渗透通道演化过程;评价了高温环境下矿物热膨胀、热破裂与裂隙粗糙度变化对渗流路径的影响,评估了热水力耦合模型及数据驱动方法的预测潜力;评述了当前理论模型在高地应力高温多场耦合机制、裂隙尺度效应及长期演化方面仍存在不足,展望了未来的研究方向。 展开更多
关键词 高地应力 高温地下水渗流 热水力耦合 裂隙介质 渗透率演化 实验研究 数值模拟
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考虑不同尺度孔隙压缩敏感性的砂岩渗透特性研究 被引量:6
15
作者 田佳丽 王惠民 +4 位作者 刘星星 向雷 盛金昌 罗玉龙 詹美礼 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期405-415,共11页
以往的研究多是从宏观层面建立孔隙压缩敏感性与渗透率之间的关系,缺乏砂岩不同尺度孔隙结构改变对渗透率演化规律的认识。从细观孔隙层面来看,不同尺度孔隙在应力作用下闭合程度差异明显,考虑不同尺度下孔隙压缩敏感性对准确预测渗透... 以往的研究多是从宏观层面建立孔隙压缩敏感性与渗透率之间的关系,缺乏砂岩不同尺度孔隙结构改变对渗透率演化规律的认识。从细观孔隙层面来看,不同尺度孔隙在应力作用下闭合程度差异明显,考虑不同尺度下孔隙压缩敏感性对准确预测渗透率演化至关重要。因此,利用多场耦合核磁共振试验平台开展了砂岩渗流-应力耦合试验,获得了不同应力作用下砂岩渗透率以及孔径分布曲线的变化规律,将孔径分成大孔(>1μm)、中孔(0.1~lμm)、小孔(<0.1μm)3类,计算了砂岩不同尺度孔隙压缩系数及其转化因子,提出了考虑不同尺度孔隙压缩敏感性的砂岩渗透率计算公式。结果发现:砂岩不同尺度孔隙的压缩性差异明显,大尺度孔隙的压缩敏感性更强;考虑不同尺度孔隙压缩敏感性的渗透率公式与试验值具有较好的一致性。 展开更多
关键词 渗透-应力耦合 孔径分布 压缩敏感性 砂岩 渗透率演化
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基于NMR耦合实时渗流的砂岩渗透特性研究 被引量:4
16
作者 田佳丽 王惠民 +4 位作者 刘星星 向雷 盛金昌 罗玉龙 詹美礼 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期1671-1678,I0010,共9页
针对传统宏观孔渗关系难以准确预测储层砂岩渗透特性的问题,采用核磁共振耦合实时渗流系统,从细观角度阐述了渗透过程中砂岩孔隙结构变化规律,定量分析了多尺度孔隙压缩系数对渗透特性的影响,进而提出了一种考虑多尺度孔隙压缩系数的砂... 针对传统宏观孔渗关系难以准确预测储层砂岩渗透特性的问题,采用核磁共振耦合实时渗流系统,从细观角度阐述了渗透过程中砂岩孔隙结构变化规律,定量分析了多尺度孔隙压缩系数对渗透特性的影响,进而提出了一种考虑多尺度孔隙压缩系数的砂岩渗透率计算方法。结果表明:(1)不同应力条件对多尺度孔隙作用机制不同,围压增大导致大孔隙明显闭合,而渗压增大促使小孔隙发育扩展;(2)考虑多尺度孔隙压缩系数的砂岩渗透率计算方法与试验结果拟合更好。 展开更多
关键词 孔隙压缩系数 砂岩 多尺度孔隙 渗透率演化 核磁共振
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基于THM耦合冻结煤层温度场演化规律研究 被引量:2
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作者 刘军 卫彦昭 +1 位作者 王蔚 张露伟 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第9期89-96,共8页
为研究冻结煤层温度场演化规律,针对煤层注液冷冻防治煤与瓦斯突出方法,建立热流固(THM)耦合方程,应用COMSOL软件分析冻结过程中渗透率、温度场、有效冻结半径等参数的时空演化规律,并对不同布孔方式冻结效果进行对比。研究结果表明:冻... 为研究冻结煤层温度场演化规律,针对煤层注液冷冻防治煤与瓦斯突出方法,建立热流固(THM)耦合方程,应用COMSOL软件分析冻结过程中渗透率、温度场、有效冻结半径等参数的时空演化规律,并对不同布孔方式冻结效果进行对比。研究结果表明:冻结过程中渗透率与有效冻结半径均先快速增加后缓慢增加,有效冻结半径随冻结时间增加呈幂函数关系;多孔布置冻结孔时,随冻结时间增加,有效冻结范围增大;同一冻结时间,距冻结孔越远,温度变化越缓慢,研究结果可为冻结煤层防治煤与瓦斯突出提供理论指导。 展开更多
关键词 THM耦合 冻结煤层 温度场演化 渗透率演化 有效冻结半径
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流体注入激活裂缝的滑动条件及模式研究
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作者 刘殿柱 王鑫尧 王春 《地震工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期457-464,共8页
为探讨流体注入激活裂缝的潜在物理机制,采用锯切砂岩圆柱试样开展一系列三轴注入-驱动剪切实验,研究流体注入激活裂缝的滑动条件及模式。结果表明,裂缝滑动的开启强烈依赖于裂缝所处的应力状态和裂缝面粗糙特征,流体压力是主要诱因,流... 为探讨流体注入激活裂缝的潜在物理机制,采用锯切砂岩圆柱试样开展一系列三轴注入-驱动剪切实验,研究流体注入激活裂缝的滑动条件及模式。结果表明,裂缝滑动的开启强烈依赖于裂缝所处的应力状态和裂缝面粗糙特征,流体压力是主要诱因,流体压力非均匀分布程度和渗透率演化是次要诱因;流体增压速率调控着裂缝的滑动模式。裂缝面粗糙特征及渗透率演化特征与裂缝滑动速率呈正相关,与流体增压速率呈负相关。在室内实验条件下,当有效正应力达到20 MPa、库仑破裂应力超过1.6 MPa时,将对裂缝稳定性构成严重威胁,这对于评估流体注入激活天然断层失稳问题具有一定的参考意义。 展开更多
关键词 裂缝失稳 流体增压速 流体压力 渗透率演化 粗糙损伤
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基于非线性流变理论的煤岩体强时效特征 被引量:2
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作者 王路军 周宏伟 +2 位作者 曹志国 荣腾龙 张勇 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S02期713-720,共8页
深部资源赋存环境具有高地应力、高渗透压和高地温的本真特征,而强扰动和强时效的附属特性对深部多场多相耦合的渗流理论具有重要意义。深部岩体力学理论研究经常涉及时效特征,因此需要对强时效进行科学定义。结合深部岩体赋存特征及资... 深部资源赋存环境具有高地应力、高渗透压和高地温的本真特征,而强扰动和强时效的附属特性对深部多场多相耦合的渗流理论具有重要意义。深部岩体力学理论研究经常涉及时效特征,因此需要对强时效进行科学定义。结合深部岩体赋存特征及资源开采流程给出了深部强时效的含义,并提出强时效包含3个方面内容,分别为加速蠕变、脆延转换和物理力学参数弱化。通过非线性流变理论确定蠕变加速阶段发生条件,从而对深部岩体强时效特征进行研究。根据已有流变理论归纳出岩体发生加速蠕变需达到临界损伤阈值的结论,而临界损伤阈值可以由非弹性体积应变、孔隙率变化或声发射数据确定。岩石单轴或三向应力条件下蠕变实验可从应变加速度判别强时效起始点。针对岩石流变本构模型可通过流变微分方程稳定性判别强时效条件。在分析岩石非线性流变微分方程的基础上提出强时效特征下岩石应变加速度与应变率符合一定的幂率关系,具体参数可由实验数据确定。对岩体应变、应变率及应变加速度曲线分析可知,应变加速度曲线出现的2个拐点即可作为蠕变衰减-稳态和稳态-非稳态阶段转换的临界值。通过深部煤体三轴流变实验数据确定强时效发生的起始位置,并对强时效条件下应变加速度与应变率相关方程中参数进行拟合。依据深部煤体采动应力路径进行了卸围压蠕变-渗流实验,进而分析出强时效阶段煤体渗透率会急剧增大的特点。 展开更多
关键词 深部煤岩体 强时效 加速蠕变 渗透率演化
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Creep properties and permeability evolution in triaxial rheological tests of hard rock in dam foundation 被引量:8
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作者 XU Wei-ya WANG Ru-bin +3 位作者 WANG Wei ZHANG Zhi-liang ZHANG Jiu-chang WANG Wen-yuan 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2012年第1期252-261,共10页
Triaxial creep tests were carried out under seepage pressure by using rock servo-controlled triaxial rheology testing equipment. Based on experimental results, rock rheological properties influenced by seepage-stress ... Triaxial creep tests were carried out under seepage pressure by using rock servo-controlled triaxial rheology testing equipment. Based on experimental results, rock rheological properties influenced by seepage-stress coupling were studied, and variations of seepage rate with time in complete creep processes of rock were analyzed. It is shown that, when the applied stress is less than failure stress level, the creep deformation is not obvious, and its main form is steady-state creep. When applied stress level is greater than or less than but close to fracture stress, it is easier to see the increase of creep deformation and the more obvious accelerative creep characteristics. The circumferential creep deformation is obviously higher than the axial creep deformation. At the stage of steady-state creep, the average of seepage flow rate is about 4.7×10-9 rn/s at confining pressure (tr3) of 2 MPa, and is about 3.9×10-9 m/s at a3 of 6 MPa. It is seen that the seepage flow rate at or3 of 2 MPa in this case is obviously larger than that at tr3 of 6 MPa. At the stage of creep acceleration, the seepage flow rate is markedly increased with the increase of time. The variation of rock permeability is directly connected to the growth and evolution of creep crack. It is suggested that the permeability coefficient in complete creep processes of rock is not a constant, but is a function of rock creep strain, confining pressure, damage variable and pore water pressure. The results can be considered to provide a reliable reference for the establishment of rock rheological model and parameter identification. 展开更多
关键词 rock mechanics creep properties volcanic breccia triaxial rheology test permeability evolution creep damage
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