张树翠
- 作品数：14 被引量：121H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：15
- 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
- 超临界CO_2作用下煤体膨胀变形规律试验研究被引量：2
- 2017年
- 为解决采用应变片对超临界CO_2作用下煤体膨胀变形进行点测量时,试验结果离散性大、超临界CO_2作用导致应变片易脱离破损等问题,自主研发了具有施加热流力载荷功能的膨胀体积应变测量装置,对不同温度、压力的超临界CO_2作用下,煤体膨胀体积变形规律进行研究。结果表明:煤体膨胀体积应变随超临界CO_2作用时间增加呈现先增大后趋于稳定的变化规律;当孔隙压力不变时,膨胀体积应变随超临界温度的升高而增加,温度越高,达到稳定膨胀变形所需时间越长;当温度不变时,随着超临界孔隙压力增加,膨胀体积应变也随之增大,但达到稳定膨胀变形所需时间随孔隙压力的升高呈先增加后减少的趋势;超临界CO_2作用下,煤体体积应变随温度和孔隙压力均呈"S型"Logistic函数规律变化;膨胀体积应变对超临界温度和孔隙压力的变化率具有分区性,其变化率大小排序依次为:近临界区>跨临界区>高临界区。
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- 关键词：超临界CO2体积应变温度孔隙压力
- 多簇压裂干扰应力变化规律及对裂纹扩展的影响被引量：3
- 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：10
- 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
- 超临界CO_2在低渗透煤层中渗流规律的实验研究被引量：15
- 2013年
- 利用自主研发的THM三场耦合渗流实验系统,进行不同孔隙压力和温度条件下的超临界CO2在低渗透煤层中的渗流实验,得出不同温度下流速和压力梯度之间的关系,从而得到了低渗透煤层注入超临界CO2的非达西渗流规律,即流速与压力梯度变化规律呈现正指数关系。随着压力梯度的增大,渗透系数也不断的增大,且呈现正指数关系;在同一体积应力和压力梯度的条件下,温度越高,流速越快;温度在临界点附近,流速和渗透系数增加很快。
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- 关键词：超临界CO2低渗透煤层渗流
- 水力裂缝遇斜交层理弱面的扩展规律解析分析被引量：6
- 2016年
- 为研究水力压裂裂纹与层理弱面斜交时的裂纹扩展规律,利用复变函数和保角变换等推导得出任意方向裂纹面尖端的应力集中解答。根据最大拉应力准则,通过比较压裂裂纹面在原扩展方向和层理弱面处以及沿层理扩展的应力状态及相应抗拉强度,得出均质岩体区裂纹稳定扩展遇斜交层理时,即垂直最小地应力方向裂纹遇任意方向层理的扩展规律。建立表示裂纹转向层理弱面扩展难易程度指标,即临界强度比,该指标与地应力状态、层理和岩石基体强度以及层理方位有关,其值越小表示裂纹满足转向层理扩展条件时所对应的层理和岩石基体的抗拉强度比越小。通过对规律解析分析得出:临界强度比随第一、第二与第三主地应力差降低或层理弱面与裂纹面夹角变小而增大;随岩石基体强度降低或层理弱面和裂纹面交线与中间主地应力夹角变小而减小。将解析分析结果与实验数据进行对比验证,规律一致。
- 孙可明张树翠
- 关键词：岩石力学水力压裂解析解
- 页岩气储层层理方向对水力压裂裂纹扩展的影响被引量：35
- 2016年
- 页岩气储层具有不同于常规储层的层理结构,使得其水力压裂规律也与常规水力压裂有所不同。为研究天然层理方向对水力压裂过程中裂纹扩展的影响,利用三轴水力压裂实验系统进行了页岩水力压裂实验,并基于扩展有限元法开发了水力压裂起裂判据,建立了三维页岩气储层水力压裂计算模型,研究了层理方向对页岩储层水力压裂裂纹扩展的影响。结果表明:①页岩气储层水力压裂裂纹扩展规律由原地应力状态和层理面结构及强度共同决定,层理方向是水力压裂裂纹扩展方向的主控因素,若压裂后层理面法向拉应力先达到层理面抗拉强度,裂纹沿层理方向扩展,反之,裂纹则垂直于最小地应力方向扩展;②裂纹沿层理面扩展时,层理法向与最小地应力方向夹角增加,起裂和扩展压力增大,裂纹面积减小;③裂纹整体呈椭球非平面扩展,随着压裂液的注入,裂纹面积增加,地层总滤失率增加,裂纹扩展速度减小。压裂实验与模型计算所得的压裂裂纹扩展规律相吻合,从而验证了页岩气储层水力压裂模型的有效性。
- 孙可明张树翠辛利伟
- 关键词：页岩气水力压裂起裂滤失
- 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
