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Effect of fractures on mechanical behavior of sand powder 3D printing rock analogue under triaxial compression
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作者 LI Pi-mao JIANG Li-shuai +5 位作者 WEN Zhi-jie WU Chao-lei YANG Yi-ming PENG Xiao-han WU Quan-sen WU Quan-lin 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第8期2703-2716,共14页
In practical engineering applications,rock mass are often found to be subjected to a triaxial stress state.Concurrently,defects like joints and fractures have a notable impact on the mechanical behavior of rock mass.S... In practical engineering applications,rock mass are often found to be subjected to a triaxial stress state.Concurrently,defects like joints and fractures have a notable impact on the mechanical behavior of rock mass.Such defects are identified as crucial contributors to the failure and instability of the surrounding rock,subsequently impacting the engineering stability.The study aimed to investigate the impact of fracture geometry and confining pressure on the deformation,failure characteristics,and strength of specimens using sand powder 3D printing technology and conventional triaxial compression tests.The results indicate that the number of fractures present considerably influences the peak strength,axial peak strain and elastic modulus of the specimens.Confining pressure is an important factor affecting the failure pattern of the specimen,under which the specimen is more prone to shear failure,but the initiation,expansion and penetration processes of secondary cracks in different fracture specimens are different.This study confirmed the feasibility of using sand powder 3D printing specimens as soft rock analogs for triaxial compression research.The insights from this research are deemed essential for a deeper understanding of the mechanical behavior of fractured surrounding rocks when under triaxial stress state. 展开更多
关键词 sand powder 3D printing triaxial compression confining pressure fracture geometry mechanical behavior
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Fractured rock mass hydraulic fracturing under hydrodynamic and hydrostatic pressure joint action 被引量:4
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作者 周中 杨豪 +1 位作者 王向灿 张齐芳 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第10期2695-2704,共10页
According to the stress state of the crack surface, crack rock mass can be divided into complex composite tensile-shear fracture and composite compression-shear fracture from the perspective of fracture mechanics. By ... According to the stress state of the crack surface, crack rock mass can be divided into complex composite tensile-shear fracture and composite compression-shear fracture from the perspective of fracture mechanics. By studying the hydraulic fracturing effect of groundwater on rock fracture, the tangential friction force equation of hydrodynamic pressure to rock fracture is deduced. The hydraulic fracturing of hydrostatic and hydrodynamic pressure to rock fracture is investigated to derive the equation of critical pressure when the hydraulic fracturing effect occurs in the rock fracture. Then, the crack angle that is most prone to hydraulic fracturing is determined. The relationships between crack direction and both lateral pressure coefficient and friction angle of the fracture surface are analyzed. Results show that considering the joint effect of hydrodynamic and hydrostatic pressure, the critical pressure does not vary with the direction of the crack when the surrounding rock stationary lateral pressure coefficient is equal to 1.0. Under composite tensile-shear fracture, the crack parallel to the direction of the main stress is the most prone to hydraulic fracturing. Under compression-shear fracture, the hydrodynamic pressure resulting in the most dangerous crack angle varies at different lateral pressure coefficients; this pressure decreases when the friction angle of the fracture surface increases. By referring to the subway tunnel collapse case, the impact of fractured rock mass hydraulic fracturing generated by hydrostatic and hydrodynamic pressure joint action is calculated and analyzed. 展开更多
关键词 hydraulic fracturing hydrodynamic pressure subway tunnel collapse mechanism
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热化学流体对致密储层破裂压力的影响
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作者 赖枫鹏 张浩楠 +3 位作者 曹龙涛 刘开元 赵千慧 苗丽丽 《特种油气藏》 北大核心 2025年第4期87-93,共7页
针对非常规油气高效开发领域中,在降低破裂压力以提升压裂效率方面所面临的问题,运用机理分析、数值模拟、综合对比等方法,对优选出的氯化铵与亚硝酸钠(NH 4Cl-NaNO 2)反应放热体系展开研究,明确该放热体系在致密砂岩岩心中产生的温度... 针对非常规油气高效开发领域中,在降低破裂压力以提升压裂效率方面所面临的问题,运用机理分析、数值模拟、综合对比等方法,对优选出的氯化铵与亚硝酸钠(NH 4Cl-NaNO 2)反应放热体系展开研究,明确该放热体系在致密砂岩岩心中产生的温度与压力变化规律及其对岩石力学参数的影响,并对比了该体系和常规水力压裂对破裂压力及裂缝起缝的影响。结果表明:NH 4Cl-NaNO 2放热体系在岩心中最高可产生133℃的高温和11 MPa的高压,模拟结果与室内实验相符,该体系能有效增加致密砂岩杨氏模量并降低泊松比,其岩石破裂压力与常规水力压裂相比降低23.76%。该研究对推动非常规油气高效开发,提升热化学流体压裂技术应用水平具有重要意义。 展开更多
关键词 热化学流体 致密储层 破裂压力 岩石力学参数 数值模拟
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致密页岩气藏热致相变压裂暂堵剂研制
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作者 汪小宇 陈倩 +7 位作者 张汉信 王军闯 李勇 陈平 徐洋 王忍峰 张承武 唐雷 《钻采工艺》 北大核心 2025年第4期141-147,共7页
针对目前致密页岩气的压裂暂堵剂研究较少,富集在致密页岩气储层的页岩气难以被高效开采的问题,根据超分子研究理论基础,以β-环糊精为主体分子,通过筛选出与之适配的客体、助剂以及温度调节剂分子研制出一种新型的热致相变压裂暂堵剂体... 针对目前致密页岩气的压裂暂堵剂研究较少,富集在致密页岩气储层的页岩气难以被高效开采的问题,根据超分子研究理论基础,以β-环糊精为主体分子,通过筛选出与之适配的客体、助剂以及温度调节剂分子研制出一种新型的热致相变压裂暂堵剂体系CDP400。对该暂堵剂体系进行系列表征及室内适配性考察,研究其成胶及破胶过程,并进行了现场应用效果分析。室内及现场应用结果表明,CDP400在室内呈流动液体状态,升温后可形成高强度的凝胶体系,室内最大封堵压力可达15.97 MPa,现场应用最大暂堵压力为73.9 MPa,封堵强度大,可满足现场暂堵剂的应用要求,是一种应用前景广阔的热致相变压裂暂堵剂体系。 展开更多
关键词 热致相变 压裂暂堵剂 页岩储层 封堵压力
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微胶囊型堵漏剂的制备及裂缝封堵层强化效果研究
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作者 臧晓宇 邱正松 +2 位作者 郭鹏飞 钟汉毅 赵欣 《应用化工》 北大核心 2025年第2期277-281,共5页
针对钻井液漏失控制技术难题,以环氧树脂为芯材,三聚氰胺-尿素-甲醛树脂为壳材,采用原位聚合法制备了钻井液用微胶囊型堵漏剂。采用光学显微镜、激光粒度仪、红外光谱仪和热重分析仪等测试分析了微胶囊的形貌、粒度分布、化学结构和热... 针对钻井液漏失控制技术难题,以环氧树脂为芯材,三聚氰胺-尿素-甲醛树脂为壳材,采用原位聚合法制备了钻井液用微胶囊型堵漏剂。采用光学显微镜、激光粒度仪、红外光谱仪和热重分析仪等测试分析了微胶囊的形貌、粒度分布、化学结构和热稳定性。实验研究了微胶囊对钻井液流变性及裂缝封堵性能的影响,并探讨了其作用机理。结果表明,微胶囊堵漏剂为球形颗粒,中位粒径(D 50)为120.3μm,和钻井液配伍性较好,具有良好的热稳定性,能够满足绝大部分堵漏场景的需求。微胶囊通过与刚性堵漏材料接触挤压发生破裂,芯材释放并发挥化学胶结作用。裂缝封堵实验表明,微胶囊的加入显著改善了堵漏配方的承压能力,形成的复合堵漏体系配方承压能力大于8 MPa。 展开更多
关键词 井漏 微胶囊 堵漏剂 裂缝封堵 承压能力
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井壁强化承压防漏技术模拟实验研究
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作者 吴春林 文明 邱正松 《钻井液与完井液》 北大核心 2025年第3期318-323,共6页
针对承压防漏钻井液技术难题,为揭示井壁强化封堵裂缝微观机理,开展了井壁强化承压模拟实验研究。综合考虑井壁强化过程中裂缝闭合应力对裂缝开度的影响,建立了可变裂缝封堵模拟实验装置及评价方法,提出了最大封堵压差和等效封堵位置的... 针对承压防漏钻井液技术难题,为揭示井壁强化封堵裂缝微观机理,开展了井壁强化承压模拟实验研究。综合考虑井壁强化过程中裂缝闭合应力对裂缝开度的影响,建立了可变裂缝封堵模拟实验装置及评价方法,提出了最大封堵压差和等效封堵位置的定量化评价指标。修正的正态分布粒度匹配准则与常用的粒度匹配准则相比,最高可提升承压能力2.36倍。等效封堵位置与承压能力呈反比,修正的正态分布连续粒度准则可在裂缝入口端形成薄而致密的封堵层;尽可能提高承压封堵材料的强度可降低井筒压力波动的影响,增加井壁强化封堵材料的弹性可提高封堵层对动态裂缝的适应性;另外,适当增加封堵体系的悬浮稳定性,及合理降低其注入速度,均有利于承压封堵层形成及井壁强化效果改善。 展开更多
关键词 井壁强化 承压封堵机理 可变裂缝模拟实验 井漏预防
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局部压载破裂闪长岩激发电流变化特征与机理分析 被引量:1
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作者 徐友友 吴立新 +2 位作者 毛文飞 孙立成 卢菁琛 《地球物理学报》 北大核心 2025年第3期1004-1016,共13页
岩石受力激发电流(PSRC)与岩石微破裂的形成和发育有关,其变化特征与机理是岩石破裂观测与岩体灾变研究的基础.但是,岩石局部加载破裂过程中的PSRC变化研究欠缺.本文以矿物晶体及粒度相对均匀的地壳典型火成岩-闪长岩为例,制作方柱-锥... 岩石受力激发电流(PSRC)与岩石微破裂的形成和发育有关,其变化特征与机理是岩石破裂观测与岩体灾变研究的基础.但是,岩石局部加载破裂过程中的PSRC变化研究欠缺.本文以矿物晶体及粒度相对均匀的地壳典型火成岩-闪长岩为例,制作方柱-锥体闪长岩试件,采用高精度电流测量仪与声发射探测仪,同步观测岩石试件单轴局部压载至破裂过程中受压端与非受压端之间的PSRC变化,并与声发射信号进行比对分析,探究其与应力、微破裂发育的内在联系.实验揭示了闪长岩PSRC变化的阶段性特征,即前期呈低值稳定波动,达峰值应力约86.5%时PSRC出现台阶式上升,幅值为nA级;在峰值应力前1 s内出现幅值达100 nA的急剧振荡式脉冲,并持续波动至岩石破裂失稳.分析认为:闪长岩PSRC的两次显著性变化受加载应力水平、矿物晶体/颗粒强度及微破裂发育进程协同控制,导致岩石体积膨胀点之后不同强度的矿物晶体位错丛集与正空穴电荷激活雪崩,形成两次PSRC叠加效应.本研究对于工程岩体破裂监测、区域地应力场变化监测分析及地震短临监测预测有重要意义. 展开更多
关键词 岩石受力激发电流(PSRC) 微破裂 矿物晶体/颗粒 过氧键 应力闭锁 遥感-岩石力学
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深部煤层(岩)气渗吸置换开发机理及其实践意义
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作者 周立宏 闫霞 +9 位作者 刘洪涛 熊先钺 王峰 李曙光 张纪远 刘川庆 胡雄 袁朴 马千理 朱学光 《煤炭学报》 北大核心 2025年第7期3534-3551,共18页
鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气(又称煤岩气)先导试验水平井吉深6-7平01井首试大规模水力压裂,实现了重大突破,带动了全国深部煤层气勘探开发,已成为非常规天然气增储上产重要领域,但水力压裂除增强渗流能力外,其对甲烷产出作用机理尚未理... 鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气(又称煤岩气)先导试验水平井吉深6-7平01井首试大规模水力压裂,实现了重大突破,带动了全国深部煤层气勘探开发,已成为非常规天然气增储上产重要领域,但水力压裂除增强渗流能力外,其对甲烷产出作用机理尚未理清,现场试验代价高且存在一定盲目性,制约了深部煤层气技术攻关方向和高效开发。通过物理试验与理论模拟相结合方法,开展了深部煤润湿性特征与界面分子作用机制分析,采用在线核磁共振扫描、真实深煤大分子建模、水相侵入驱替分子动力学模拟、不同含水条件煤岩等温吸附、不同矿化度条件渗吸试验、扫描电镜等手段,揭示了深部煤层气压裂改造背后的“压驱-渗吸-置换”作用机理,证实在大规模水力压裂过程中已发生气水渗吸置换、吸附态甲烷转为新的游离气产出的客观事实,促成了深部煤层气井初期“游离气为主”高产现象。即大规模压裂除了煤层增渗作用之外,更重要的是相当一部分吸附气通过气水“渗吸-置换”转为“新的游离气”,与原始游离气一起,共同被驱替出来。研究结果表明:基于矿物分析、高温高压润湿性试验及深煤真实大分子建模测试,深部煤岩因亲水性黏土矿物充填及含氧官能团的存在,呈现宏观整体亲水、微观局部强亲水特性;基于等温吸附试验与高温高压在线核磁共振扫描试验,压裂液能够显著削弱甲烷与煤分子间作用力,含水率每增加1%,最大吸附量平均降低1.82 m3/t;在液气压差为5 MPa的条件下,压裂液即可侵入岩心驱替出70.84%的游离气,并通过竞争吸附置换出10.42%的吸附气,推测高压差条件下置换和驱替率将更高;基于分子动力学模拟,在高压差驱动下,压裂液侵入纳米孔隙产生活塞式驱替效应,促使吸附态甲烷转化为游离态,能够将97.8%的甲烷驱替出纳米孔隙;基于不同尺寸毛管力试验分析发现,当煤基质孔径小于5 nm后,气液毛管力呈现陡增趋势,在原位和压后增压条件下,2 nm的强亲水(润湿角30°)和弱亲水(润湿角70°)孔隙中的毛管力可分别超过40.1和15.8 MPa,形成强烈的渗吸驱动力;基于矿化度分析与渗吸试验,因压裂液和地层水间的高矿化度差异,形成化学势梯度导致的渗透压作用可进一步强化渗吸作用,渗吸量提升46.4%以上;基于不同尺寸煤岩解吸试验,煤岩越碎,越容易解吸,煤岩尺寸由1.3 cm增加到5.0 cm时,解吸到达平衡时间延长14倍以上,吨煤累产气量下降了15.6%;基于试验和模拟结果,揭示了深部煤层气大规模压裂过程中压驱-渗吸-置换机理,耦合了“造(延伸)缝-增渗、增大接触面积、连通微孔、自发渗吸+置换、加压渗吸+置换、高压驱替”等多种促产出作用,明确了深部煤层气井产气贡献4个来源及阶段主力贡献,并依此提出了构建“密织缝网+增强连通性”压裂工艺、差异化焖井以强化渗吸置换作用效能、适时注润湿反转剂以调控减缓水锁效应、控压延长高压排采期等4项生产策略,同时明确了下一步3大攻关方向。研究成果可为深部煤层气井压裂改造技术攻关、排采制度优化和提高单井产量提供重要科学理论依据。 展开更多
关键词 深部煤层气 煤岩气 压驱 渗吸 置换 水力压裂 开发机理
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超高压井口设备壳体基于断裂力学的安全评价研究
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作者 史君林 张强 +2 位作者 练章华 万智勇 施太和 《安全与环境学报》 北大核心 2025年第2期435-446,共12页
随着油气井开发向深层和超深层迈进,井口设备的压力逐渐超过现有美国石油协会(American Petroleum Institute,API)标准的140 MPa,迫切需要开发175 MPa级别的设备。然而,关于超高压井口设备尚缺乏采用断裂力学进行疲劳安全评价的基础性... 随着油气井开发向深层和超深层迈进,井口设备的压力逐渐超过现有美国石油协会(American Petroleum Institute,API)标准的140 MPa,迫切需要开发175 MPa级别的设备。然而,关于超高压井口设备尚缺乏采用断裂力学进行疲劳安全评价的基础性研究。基于ASMEⅧ-3标准,以API 6BX法兰颈部为例,运用断裂力学和失效评估图技术,对现有结构进行了安全评价分析,得出不同条件下临界裂纹尺寸和疲劳寿命等数据。同时,对急需开发的新一代175 MPa法兰颈部,从材料的断裂韧性、材料强度和结构尺寸等方面进行了探讨。结果表明,超高压设备必须采用断裂力学方法进行疲劳分析,提高材料韧性可以增强结构的抗疲劳性能。在弹塑性设计强度满足要求的前提下,从断裂力学角度不建议提高材料的强度和结构厚度。研究为超高压容器井口装置壳体的设计和安全评估提供了理论依据和方法。 展开更多
关键词 安全工程 超高压 断裂力学 疲劳寿命评估 失效评估图 断裂韧性
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页岩气加密井水力压裂增能与老井压力恢复机理——以涪陵国家级页岩气示范区为例
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作者 唐煊赫 何永生 +8 位作者 朱海燕 王大江 李奎东 肖佳林 刘立之 冯宁鑫 孔繁昇 杨海心 滕格格 《天然气工业》 北大核心 2025年第4期85-97,共13页
页岩储层水力压裂过程中出现的井间干扰即压窜,往往被认为只会产生井筒完整性失效、单井产能跌落等负面效应,但在涪陵国家级页岩气示范区加密井水力压裂过程中,却出现了部分相邻老井井筒压力恢复、产量提高的现象。为进一步研究该现象... 页岩储层水力压裂过程中出现的井间干扰即压窜,往往被认为只会产生井筒完整性失效、单井产能跌落等负面效应,但在涪陵国家级页岩气示范区加密井水力压裂过程中,却出现了部分相邻老井井筒压力恢复、产量提高的现象。为进一步研究该现象的地质力学机理,基于地质—工程一体化思路,以涪陵国家级页岩气示范区主体区的多层立体加密井组X1为研究对象,建立了立体加密井组水力压裂地质力学模型,分析了老井压后四维地应力演化及其对不同层位加密井复杂裂缝扩展的影响规律,并结合现场水力压裂施工监测曲线,揭示了加密井水力压裂对老井增能的内在机理。研究结果表明:①加密井水力压裂激活了天然裂缝带,形成了加密井(高地层压力)—老井(低地层压力)井间高效补压的高渗透率通道,在井间压差与井间高渗带的共同作用下,老井供液能力得到补充、产能有效恢复;②通过控制井距,可以实现新老井间裂缝正向沟通,促使老井裂缝前端缝长、缝宽增加,既减小渗流阻力又补充老井井周压力;③老井开采时间过长时,裂缝前端缝宽受限,不能有效减小渗流阻力,产能恢复有限且损害加密井的产能。结论认为,页岩气加密井水力压裂有利老井的压力恢复机理的深化认识,可为裂缝性页岩储层压窜防治和老井恢复生产提供理论依据,对加快四川盆地页岩气的安全规模高效开发具有重要意义。 展开更多
关键词 涪陵国家级页岩气示范区 立体井组压裂 井间干扰 压裂增能 天然裂缝带 压力恢复机理
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热流固-损伤多场耦合作用下干热岩水力压裂特征数值模拟
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作者 张旭 周小夏 +3 位作者 黄中伟 李根生 王天宇 武晓光 《中国石油大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期86-94,共9页
水力压裂是有效开发干热岩的关键途径,核心步骤是向高温高应力地层中注入低温高压流体,冷冲击诱导热应力对干热岩裂缝起裂和扩展具有重要影响,但低温诱导热应力和地应力耦合作用下高温岩体应力场/温度场演化特征及裂缝扩展模式仍不明晰... 水力压裂是有效开发干热岩的关键途径,核心步骤是向高温高应力地层中注入低温高压流体,冷冲击诱导热应力对干热岩裂缝起裂和扩展具有重要影响,但低温诱导热应力和地应力耦合作用下高温岩体应力场/温度场演化特征及裂缝扩展模式仍不明晰。为此,建立考虑井筒应力叠加效应、岩石热孔隙弹性效应、弹脆性破坏准则和基岩孔渗随损伤变化的热流固-损伤耦合裂缝扩展数值模型,并与井筒冷却和裂缝扩展解析解对比,验证模型的准确性。研究不同热储地应力和流体注入温度下干热岩压裂应力场/温度场演化特征和裂缝扩展模式。结果表明:裂缝起裂时,井筒周围热应力作用较强,裂缝沿各方向扩展,裂缝起裂后,裂缝扩展受原地应力场影响增强,使裂缝转向,主要沿最大主应力方向扩展,温度变化局限在井筒附近地层;温差越大,热应力越强,起裂压力越低,利于形成复杂缝网;地应力差越小(最大主应力恒定),裂缝起裂/扩展方向受地应力控制程度小,利于形成复杂缝网,应力场扰动程度大。 展开更多
关键词 干热岩 水力压裂 热流固-损伤耦合模型 热应力 地应力差 破裂压力 裂缝扩展模式
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国内压水堆核电厂反应堆压力容器的概率断裂分析与讨论
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作者 曾鑫 谈建平 +4 位作者 任千一 刘长军 冯楚然 邓伟 马超 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第6期1343-1351,共9页
反应堆压力容器(RPV)长期运行受辐照及环境影响而持续老化,脆性断裂风险增加,考虑到材料性能、裂纹尺寸等关键因素具有随机性,传统的基于确定论的评定方法无法反映含缺陷RPV的可靠性,因此评估RPV在各类瞬态工况下的结构完整性和可靠度... 反应堆压力容器(RPV)长期运行受辐照及环境影响而持续老化,脆性断裂风险增加,考虑到材料性能、裂纹尺寸等关键因素具有随机性,传统的基于确定论的评定方法无法反映含缺陷RPV的可靠性,因此评估RPV在各类瞬态工况下的结构完整性和可靠度是核电厂运行及延寿时需重点关注的问题。以国内某压水堆核电厂RPV堆芯带区为研究对象,采用概率分析软件FAVOR,进行了RPV在承压热冲击工况和低温超压工况下的概率断裂评价及参数敏感性分析,对比了美国老电厂RPV和国内新电厂RPV在同一低温超压工况下可靠度的差异。结果表明:国内新电厂RPV在选定的典型瞬态工况下的失效频率(TWCF)均值满足<1×10^(-6)/(堆·年)的准则要求;材料Cu含量和缺陷尺寸对TWCF有显著影响;热预应力带来的增韧效应以及较低的初始参考无延性转变温度能有效降低RPV的失效风险;新电厂RPV材料Cu含量较少、堆焊层厚度较厚、无轴向焊缝结构,这些因素是导致新电厂RPV在低温超压工况下的TWCF远低于老电厂RPV的主要原因。 展开更多
关键词 反应堆压力容器 概率断裂力学 FAVOR程序 承压热冲击 低温超压
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基于热流固耦合作用的深水裂缝性地层高温高压井关井求压方法
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作者 陈刚 王志远 +5 位作者 孙小辉 钟杰 张剑波 刘雪琪 张明伟 孙宝江 《石油勘探与开发》 北大核心 2025年第2期451-462,共12页
综合考虑温度、压力对深水裂缝性地层高温高压井井内流体密度的影响和地层裂缝变形对关井续流作用的影响,耦合关井温度场模型、裂缝变形模型和气体流动模型,建立考虑热流固耦合作用的关井井筒压力计算模型,分析地温梯度、井底压差、钻... 综合考虑温度、压力对深水裂缝性地层高温高压井井内流体密度的影响和地层裂缝变形对关井续流作用的影响,耦合关井温度场模型、裂缝变形模型和气体流动模型,建立考虑热流固耦合作用的关井井筒压力计算模型,分析地温梯度、井底压差、钻井液池增量和井涌指数对井口套压的影响规律,并基于耦合模型计算结果建立高温高压井关井求压图版。研究表明:地温梯度、井底压差、钻井液池增量与井口套压呈正相关关系,井涌指数越大压力攀升越快而最大套压保持稳定;与实例井数据对比验证表明,耦合模型计算关井后井筒恢复压力准确率达95%以上,根据关井求压图版求取目标井口套压和目标关井时间的准确率分别为97.2%和98.3%。采用该方法能够在高温高压井关井后准确求取地层压力,为后续井控措施提供依据,保证深水深层油气安全高效开发。 展开更多
关键词 热流固耦合 高温高压井 关井求压 裂缝性地层 深水
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基于ASMEⅧ-3的自增强超高压容器不同失效模式分析与评定
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作者 李小虎 《化工设备与管道》 北大核心 2025年第2期41-47,共7页
超高压容器基于失效模式进行设计,设计计算需大量应用有限元分析及断裂力学,设计难度大,国内采用ASME标准进行超高压自增强设计的案例少之又少。文章首先依据ASMEⅧ-3对自增强超高压容器各失效模式的计算进行介绍,包括设备极限承载压力... 超高压容器基于失效模式进行设计,设计计算需大量应用有限元分析及断裂力学,设计难度大,国内采用ASME标准进行超高压自增强设计的案例少之又少。文章首先依据ASMEⅧ-3对自增强超高压容器各失效模式的计算进行介绍,包括设备极限承载压力、整体失效、局部失效、棘轮失效、疲劳失效等,然后对设备筒体的典型裂纹进行断裂力学计算,为采用自增强处理的超高压容器的设计及断裂力学疲劳评定提供一个完整的设计算例。 展开更多
关键词 超高压容器 自增强 有限元 断裂力学
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Partial transient-liquid-phase bonding of TiC cermet to stainless steel using impulse pressuring with Ti/Cu/Nb interlayer 被引量:1
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作者 黄利 盛光敏 +2 位作者 李佳 黄光杰 袁新建 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第5期1025-1032,共8页
Partial transient liquid phase (PTLP) bonding of TiC cermet to 06Cr19Ni10 stainless steel was carried out. Impulse pressuring was used to reduce the bonding time, and a Ti/Cu/Nb interlayer was employed to alleviate ... Partial transient liquid phase (PTLP) bonding of TiC cermet to 06Cr19Ni10 stainless steel was carried out. Impulse pressuring was used to reduce the bonding time, and a Ti/Cu/Nb interlayer was employed to alleviate the detrimental effect of interfacial reaction products on the bonding strength. Successful bonding was achieved at 885℃ under a pulsed pressure of 2-10 MPa within durations in the range of 2-8 min, which was notably shortened in comparison with conventional PTLP bonding. Microstructure characterization revealed the o- phase with a limit solubility of Nb, a sequence of Ti-Cu intermetallic phases and solid solutions of Ni and Cu in α+β Ti in the reaction zone. The maximum shear strength of 106.7 MPa was obtained when the joint was bonded for 5 rain, indicating that a robust metallurgical bonding was achieved. Upon shear loading, the joints fractured along the Ti-Cu intermetallics interface and spread to the interior of TiC cermet in a brittle cleavage manner. 展开更多
关键词 TiC cermet transient liquid phase impulse pressuring mechanical property fracture
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致密砂岩气藏暂堵压裂裂缝起裂扩展实验模拟 被引量:2
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作者 孔祥伟 许洪星 +1 位作者 时贤 陈杭 《油气藏评价与开发》 CSCD 北大核心 2024年第3期391-401,共11页
针对鄂尔多斯盆地SD区块盒8段储层低孔低渗、非均质性强、常规压裂裂缝形态单一等问题,基于断裂力学理论,考虑缝内流体压降,结合盒8段储层岩石力学参数,开展暂堵压裂裂缝与初次压裂裂缝在整个接触过程中的相互作用力学研究。计算分析了... 针对鄂尔多斯盆地SD区块盒8段储层低孔低渗、非均质性强、常规压裂裂缝形态单一等问题,基于断裂力学理论,考虑缝内流体压降,结合盒8段储层岩石力学参数,开展暂堵压裂裂缝与初次压裂裂缝在整个接触过程中的相互作用力学研究。计算分析了不同裂缝走向、井斜角、方位角等参数对压裂裂缝参数的影响规律,起裂压力随井斜角和方位角的增加而减小;起裂角随井斜角增加而减小直至为0°,随方位角先增加而后减小。通过制备人工水泥试样,利用大尺寸真三轴物模实验系统模拟了暂堵压裂中新缝起裂及其转向行为,评价了不同井斜角、方位角下新缝起裂、转向及延伸行为和起裂压力及裂缝改造面积等参数。实验结果表明:井斜角增大,初次及二次起裂压力呈减小的趋势,裂缝更易转向且改造面积越大。井斜角相同时,裂缝起裂压力随井筒方位角增加而逐渐减小,裂缝改造面积随方位角增加而增大。方位角90°螺旋射孔相比方位角0°螺旋射孔形成的裂缝更为复杂,定面射孔可调控水平井破裂压力及初始破裂位置,初始破裂产生于射孔井筒界面、孔道中部等不同位置,控制射孔射角介于75°~90°。研究结果为低渗透致密砂岩气藏暂堵压裂设计提供了依据。 展开更多
关键词 真三轴 暂堵压裂 起裂扩展 破裂压力 起裂角 裂缝改造面积
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基于不同断裂准则下水力压裂裂纹起裂规律研究 被引量:2
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作者 侯公羽 刘云峰 +3 位作者 于续楠 周光一 邵耀华 尚宇豪 《矿业科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第5期687-697,共11页
为研究煤矿顶板定向水力压裂裂纹扩展机理,探究不同断裂准则之间的关系,基于断裂力学理论构建钻孔水力压裂力学模型,推导不同断裂准则下的起裂角和临界水压计算公式,分析不同变量对起裂角和临界水压的影响效果。结果表明:①注入水压的... 为研究煤矿顶板定向水力压裂裂纹扩展机理,探究不同断裂准则之间的关系,基于断裂力学理论构建钻孔水力压裂力学模型,推导不同断裂准则下的起裂角和临界水压计算公式,分析不同变量对起裂角和临界水压的影响效果。结果表明:①注入水压的增大会显著降低起裂角,且预制裂纹倾角与起裂角曲线极值会随着水压的增大而向45°附近移动;随着应力差的增加,起裂角逐渐增加;起裂角随预制裂纹长度与钻孔半径比值的减小而增大;泊松比对起裂角的影响效果有限。②临界水压随着预制裂纹倾角和主应力差的增大而增大,但在低预制裂纹倾角条件下,σ准则计算出的临界水压会随着主应力差的增大而减小;钻孔半径和预制裂纹长度的增加会显著减小临界水压。③对比临界水压的理论计算结果与试验结果知,二者有较好的拟合性。研究结果可指导水力压裂现场施工。 展开更多
关键词 定向水力压裂 断裂力学 起裂角 临界水压 断裂准则
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厚硬顶板悬顶致灾机理及切顶控制技术研究 被引量:4
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作者 耿铭 孙静 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第11期132-141,共10页
针对侧向厚硬悬顶下临空巷道围岩变形大、失稳风险高的问题,以大同马脊梁煤矿3810工作面运输巷为工程背景,建立了厚硬侧向悬顶力学模型,确定合理切顶位置理论值为内错煤柱3.98 m。建立UDEC数值计算模型,分析了厚硬悬顶长度、断裂位置对... 针对侧向厚硬悬顶下临空巷道围岩变形大、失稳风险高的问题,以大同马脊梁煤矿3810工作面运输巷为工程背景,建立了厚硬侧向悬顶力学模型,确定合理切顶位置理论值为内错煤柱3.98 m。建立UDEC数值计算模型,分析了厚硬悬顶长度、断裂位置对煤柱应力分布及3810运输巷围岩变形的控制效果,结果表明:降低悬顶长度、在煤柱上方合理位置断裂,能够有效降低煤柱侧向应力集中程度,减少巷道围岩的破坏范围及变形。根据分析结果,确定煤柱采空区侧厚硬悬顶进行切顶卸压控制,促使厚硬顶板及时垮落,提高采空区顶板垮落带高度,从而降低煤柱承载的载荷并为煤柱提供侧向约束,提高煤柱承载性能。提出了厚硬侧向悬顶水压致裂切顶卸压控制方案并应用于现场,结果表明:3810运输巷采取水力压裂切顶措施后,巷道围岩变形得到显著改善;切顶后巷道两帮最大值移近量为600 mm,顶板最大下沉量为277 mm;相对于未采取切顶方案的区段,巷道变形量分别降低39.6%(两帮)、31.8%(顶板),巷道有效断面能够满足矿井安全高效生产的需要。 展开更多
关键词 厚硬顶板 长壁工作面 侧向悬顶 致灾机理 煤柱应力 切顶位置 水压致裂 切顶卸压
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致密储层缝内暂堵转向压裂裂缝扩展规律数值模拟 被引量:4
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作者 唐述凯 郭天魁 +1 位作者 王海洋 陈铭 《岩性油气藏》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期169-177,共9页
基于损伤力学理论,建立了储层渗流-应力-损伤耦合裂缝扩展数值模型,将模型结果与室内真三轴水力压裂物理模拟实验结果进行了对比,验证了模型的准确性,并基于该模型探讨了压裂液黏度、排量、水平地应力差以及储层岩石非均质性对缝内暂堵... 基于损伤力学理论,建立了储层渗流-应力-损伤耦合裂缝扩展数值模型,将模型结果与室内真三轴水力压裂物理模拟实验结果进行了对比,验证了模型的准确性,并基于该模型探讨了压裂液黏度、排量、水平地应力差以及储层岩石非均质性对缝内暂堵转向压裂效果的影响。研究结果表明:(1)储层渗流-应力-损伤耦合裂缝扩展数值模型是联合流体流动控制方程与岩石变形方程形成整体控制方程,通过在初始裂缝扩展路径上某一区域人为设置高强度的岩石物理力学参数和较小的储层渗透率值,实现缝内暂堵的模拟。(2)缝内暂堵转向压裂裂缝扩展模型数值模拟的分支缝数量、主裂缝面积、主裂缝延伸方向等与室内真三轴水力压裂物理模拟实验的结果基本一致,该模型可实现缝内暂堵后基质的破裂与新裂缝扩展模拟,对缝内暂堵转向压裂裂缝扩展情况也具有较好的模拟效果。(3)压裂液的黏度和排量越大,缝内暂堵转向压裂裂缝长度、改造面积及偏转角度均明显增大,且逐渐由单一裂缝向复杂裂缝转变。当水平地应力差小于7.5 MPa时,缝内暂堵转向压裂的效果较好;当水平地应力差为10~15 MPa时,压裂效果变差;当水平地应力差大于15 MPa时,裂缝几乎不偏转;储层非均质性会影响裂缝局部的扩展路径,但对裂缝总体扩展趋势影响甚微。 展开更多
关键词 致密储层 缝内暂堵转向压裂 裂缝扩展数值模型 真三轴水力压裂物理模拟 裂缝偏转 损伤力学 水平地应力差 非均质性
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坚硬顶板切顶卸压技术对巷道围岩变形规律影响 被引量:14
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作者 赵常辛 李晓旭 +2 位作者 石蒙 冀瑞锋 张焱 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第1期147-154,共8页
针对特厚煤层坚硬顶板、宽煤柱条件下临空巷道面临的高围岩应力、大变形等问题,以老石旦煤矿16403综放工作面为工程研究背景,从宽煤柱顶板侧向破断结构角度对临空巷道大变形的影响因素进行了理论分析,采用数值模拟方法研究了对16402运... 针对特厚煤层坚硬顶板、宽煤柱条件下临空巷道面临的高围岩应力、大变形等问题,以老石旦煤矿16403综放工作面为工程研究背景,从宽煤柱顶板侧向破断结构角度对临空巷道大变形的影响因素进行了理论分析,采用数值模拟方法研究了对16402运输巷实施不同切顶卸压方案时,临近采空区的16403回风巷侧向顶板采动应力传递规律,并在现场施工水力压裂钻孔进行切顶卸压,实现临空巷道围岩变形控制。研究结果表明:“低位坚硬岩层悬臂梁+高位坚硬岩层砌体梁”破断结构是特厚煤层宽煤柱临空巷道大变形的主要原因,可采用切顶卸压技术破坏宽煤柱顶板侧向破断结构来控制临空巷道围岩大变形;切顶角变化可使关键块B长度发生改变,切顶角越大,则关键块B长度越小,临空侧顶板载荷向煤柱传递的程度越弱,临空巷道围岩承受的采动应力越小,切顶角为100°时临空巷道围岩垂直应力与变形量最小;在16402运输巷以切顶角100°施工水力压裂钻孔后,16403回风巷顶底板变形量较未实施切顶卸压的16402回风巷减小86.5%,两帮变形量减小87.1%,临空巷道围岩稳定性得到极大提高。 展开更多
关键词 综放工作面 留煤柱护巷 临空巷道 围岩变形控制 切顶卸压 水力压裂
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