张树翠
- 作品数：14 被引量：132H指数：7
- 供职机构：辽宁工程技术大学力学与工程学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金辽宁省教育厅科学基金更多>>
- 相关领域：石油与天然气工程理学矿业工程建筑科学更多>>
- 超临界CO_2气爆致裂规律实验研究被引量：19
- 2016年
- 针对我国低渗透性煤层增透困难的现状,研发了可控超临界二氧化碳气爆发生装置,对不同强度的模拟煤体进行了不同温压条件下的超临界CO_2气爆实验,结合孔内窥镜观测和外观测量手段,对爆后宏观裂隙数目和长度等爆破响应信息进行统计分析。结果表明:气爆裂纹起裂所需的最小爆破压力与介质的抗拉强度呈指数式增长的关系,主要是固体材料在动力载荷作用下强度增大引起的;超临界二氧化碳气爆后产生宏观裂隙的数目和累计长度与爆破压力满足Logistic函数关系,是裂隙面积超线性增加所消耗能量也超线性增加的结果;超临界CO_2对温压条件敏感,爆破有降温作用,是良好的物理爆破原料,使用超临界二氧化碳作为爆破原料的爆破效果优于空气爆破效果。
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- 关键词：超临界CO2渗透率动力特性物理模拟
- 多簇压裂干扰应力变化规律及对裂纹扩展的影响被引量：4
- 2018年
- 为研究水平井分段多簇压裂缝间的干扰应力及其对裂纹扩展的影响,在现有二维未考虑地应力的单裂缝干扰应力解析解的基础上,利用双平面复变函数保角变换得到了包含地应力项的三维干扰应力解析解。基于扩展有限元法建立三维多裂缝扩展力学模型,利用Python脚本二次开发平台实现了三维多裂缝水力压裂参数化建模,通过解析解与数值计算对比分析,得到如下结论。裂纹两侧裂纹面法向和走向干扰正应力分别为压应力和拉应力,均呈纺锤形,法向干扰应力影响范围大约为走向干扰应力的5倍;裂纹尖端裂纹面法向和走向干扰正应力分别为拉应力和压应力;裂纹尖端两侧存在干扰剪应力;考虑初始地应力对干扰应力解析解进行修正后的干扰应力值均变小;多簇压裂中裂缝间的干扰应力叠加,簇间距越小,叠加效果越强;多簇压裂的干扰应力使裂缝间裂纹面法向压应力增大,走向压应力减小,导致裂纹扩展注水压力升高,裂缝张开的宽度降低,不利于单裂缝的扩展;干扰应力使裂缝间应力差降低,甚至局部最小地应力方向发生改变,有利于形成复杂缝网。
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- 关键词：复变函数解析解
- 考虑三维形貌特征粗糙裂隙加卸载渗流规律研究被引量：11
- 2016年
- 裂隙岩体在天然地质因素和人工扰动作用下处于加卸载环境是普遍存在的,裂隙面的几何特征和加卸载环境对裂隙渗流特性的影响在实际工程中不可忽视。采用试验和数值模拟相结合的方法,利用热-流-固三场耦合渗流试验系统,开展了应力加卸载作用下不同粗糙度裂隙岩芯试件的渗透试验,自主开发程序将激光扫描裂隙面的三维形貌信息导入到ABAQUS软件,模拟应力作用下的粗糙裂隙渗流。试验和数值模拟一致表明,粗糙裂隙的宽度和渗透率都随载荷的增加而减小,随着载荷的增加,裂隙接触刚度增大,裂隙的宽度和渗透率对载荷变化的敏感性降低;由于点接触产生的塑性变形不可恢复,卸载阶段的裂隙宽度和渗透率增加幅度减小,且小于加载阶段同载荷条件下的宽度和渗透率;裂隙渗透率、宽度与粗糙度呈正相关关系,且粗糙度越大,接触应力分布越不均匀;裂隙内流场符合群岛流,粗糙度越大群岛流现象越明显。
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- 关键词：裂隙粗糙度渗透率加卸载
- 页岩气储层水力压裂裂纹扩展数值模拟被引量：9
- 2014年
- 针对页岩气储层的层状结构致使其水力压裂裂纹扩展不同于常规油气储层问题,采用粘结单元模拟实际的层状储层界面特性的数值模拟方法,建立页岩气储层水力压裂力学模型和反映岩体层状界面的破坏开裂准则,进行层状岩体水力压裂三维数值模拟.得到了储层应力场、孔隙压、裂纹面的损伤和张开度分布以及裂纹扩展的时空变化规律.
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- 关键词：水力压裂页岩气低孔低渗粘结单元数值模拟
- 膨润土干湿循环变形实验研究被引量：1
- 2015年
- 膨润土作为防渗材料填充在煤炭开采产生的采动裂隙区保护地下水资源的过程中,地下水位的变化使膨润土受干湿循环作用。为获得膨润土干湿循环条件下脱湿与吸湿变形规律,对不同初始含水率膨润土试样进行脱湿与吸湿变形实验。结果表明,膨润土脱湿变形呈现明显的非均匀性且出现龟裂现象。利用Matlab编程识别图像方法,得到了不同初始含水率下膨润土脱湿收缩与吸湿膨胀变形随含水率变化规律曲线,从中可以看出,膨润土脱湿收缩过程曲线斜率变大,吸湿膨胀过程曲线斜率变小;初始含水率越高,缩胀变形越明显。通过实验数据拟合出了与变形过程和初始含水率相关的双参数递增指数函数关系。膨润土脱湿后重新吸湿,干缩与湿胀曲线不重合,且初始含水率越低,干缩与湿胀曲线越接近。
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- 关键词：保水开采膨润土干湿循环吸湿
- 热流力作用下非超临界CO_2驱替煤层CH_4渗透性变化规律试验被引量：5
- 2013年
- 提高低渗透煤层气产量是我国煤层气开采中急需解决的关键问题,而加速煤层CH4解吸过程的注气增产方法是提高低渗透煤层气产量的有效途径。针对低渗透深埋煤层在较高地应力、地温和孔隙压下固流热耦合作用对CO2储存效应和CH4/CO2吸附—解吸—置换—扩散—渗流过程的影响更为突出的特点,利用三轴渗透仪进行不同温度、孔隙压力和有效体积应力条件下的煤体渗流试验。结果表明:在非超临界状态下,CO2密度与温度呈负指数关系;动力黏度均与温度呈正指数关系;CO2密度和动力黏度随压力的增加均呈线性递增;渗透率和渗透系数与温度的关系表现为在低于超临界时为指数递增关系,超过临界温度为负指数递减关系,温度升高引起CO2气体渗透率的变化规律取决于温度引起的煤热应力和CO2黏度两者的共同作用;渗透率与孔隙压力呈正指数关系;渗透率与有效体积应力呈负指数关系。
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- 关键词：矿山安全孔隙压力
- 初应力作用下孔隙介质升温时渗透率变化规律
- 2015年
- 为研究不同地应力作用下的油气储层热采过程中渗透率的变化规律,利用自主研制的热流固三场耦合渗流试验系统,选用难被孔隙介质吸附的氦气作为渗流气体,并考虑氦气黏度随温度和压强的变化,消除孔隙介质对渗流气体的吸附和气体黏度变化对渗透试验的影响,开展不同初始应力条件下煤岩试件升温渗透试验。结果表明:孔隙介质渗透率随温度升高先增大后减小,呈非单调非线性变化规律,并存在与初始有效应力有关的拐点温度,这是由于在拐点温度之前,温度应力小于初始有效应力,固体骨架向外膨胀,孔隙空间增大,渗透率增大,超过拐点温度后,温度应力大于初始有效应力,固体骨架向孔隙内膨胀挤占孔隙空间,渗透率降低;渗透率变化拐点温度随初始体积应力的增大而减小,温度应力升高速率随初始体积应力增加而增大。
- 孙可明辛利伟张树翠
- 关键词：温度应力孔隙介质渗透率初始地应力
- 含层理页岩气藏水力压裂裂纹扩展规律解析分析被引量：19
- 2016年
- 页岩气蕴藏在页岩层中,页岩层的层理性构造使其水力压裂裂纹扩展与常规均质储层不同.为研究页岩储层水力压裂的裂纹扩展规律,基于复变函数保角变换,得出裂纹尖端应力集中解,考虑页岩非均质、强度各向异性特点,通过比较裂纹沿各方向扩展所需的裂缝尖端水压力,推导出水力压裂裂纹垂直于最小地应力方向稳定扩展过程中在斜交层理后的扩展判据.分别定义了水力压裂裂纹在层理处起裂和沿层理扩展的弱层和岩石基体临界强度比,根据两个临界强度比确定水力压裂裂纹遇层理时在层理处起裂和沿层理扩展的层理弱面强度范围,以此表示水力压裂裂纹转向层理扩展的难易程度.通过对裂纹扩展判据的分析得出:层理起裂弱层和岩石基体临界强度比随层理走向线与第一主应力夹角和层理倾角的减小以及第三主应力和岩石基体强度的增大而增大;层理走向角小于35.26?时,层理起裂弱层和岩石基体临界强度比随第一主应力的减小以及第二主应力的增大而增大;反之,层理起裂弱层和岩石基体临界强度比随第一主应力的减小以及第二主应力的增大而减小;层理扩展弱层和岩石基体临界强度比随层理走向线与第一主应力夹角、层理倾角和地应力差的减小以及岩石基体抗拉强度的增大而增大.层理起裂条件与层理扩展条件同时满足时,水力压裂裂纹转向层理方向扩展.
- 孙可明张树翠
- 关键词：水力压裂层理复变函数保角变换
- 水力压裂诱发断层活化机理分析被引量：5
- 2018年
- 我国油气储层中含有大量断层,水力压裂开采油气资源的同时易引起断层活化,进而引发地震。为研究水力压裂诱发断层活化机理,在裂缝尖端和附近储层应力状态研究基础上,结合滤失引起的孔隙压力变化规律,得出断层受拉活化和受剪活化条件。通过对断层活化条件进行解析研究,得出以下结论:断层与水力压裂裂缝尖端相遇时可被水力压裂裂缝尖端激活,首先裂缝尖端应力集中可使断层小范围内受拉或受剪破坏,然后压裂液进入断层使断层受拉张开,两阶段条件均满足时断层被激活,水力压裂裂缝转向断层扩展;水力压裂裂缝穿过断层后,随着压裂时间的累积,压裂液滤失使储层孔隙压力增大、有效应力减小,可引起断层剪切滑动;随着地应力差增大,断层倾角、粘聚力以及内摩擦角减小,断层剪切滑动所需的孔隙压力降低。
- 孙可明张树翠
- 关键词：水力压裂断层活化机理应力集中滤失
- 横观各向同性油气藏水力压裂裂纹扩展规律研究被引量：8
- 2016年
- 针对横观各向同性与各向同性油气藏水力压裂裂纹扩展的差异性,基于扩展有限元法建立水力压裂力学模型,通过ABAQUS子程序开发了各向同性和横观各向同性岩体的起裂判据。在各向同性岩体数值模拟结果与解析解以及现场压裂典型曲线对比吻合的基础上,得到了包含层理构造的横观各向同性岩体水力压裂过程中裂纹扩展规律。层理类岩体水力压裂的裂缝扩展方向由地应力状态、层理方向以及岩体与层理界面抗拉强度共同决定;水力压裂过程中,注水压力在裂纹尖端产生应力集中,层理面法向分量先达到界面抗拉强度时,裂纹沿层理方向开裂,反之裂纹沿垂直最小地应力的方向扩展;裂纹扩展速度随层理抗拉强度的增加而降低;由于地层的滤失,随压裂液的注入,裂纹长宽尺度增长速率降低。
- 孙可明张树翠李天舒
- 关键词：水力压裂横观各向同性
