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1.
We develop a new analytical model, called OpenT, that solves the elasticity problem of a hydraulic fracture (HF) contact with a pre-existing discontinuity natural fracture (NF) and the condition for HF re-initiation at the NF. The model also accounts for fluid penetration into the permeable NFs. For any angle of fracture intersection, the elastic problem of a blunted dislocation discontinuity is solved for the opening and sliding generated at the discontinuity. The sites and orientations of a new tensile crack nucleation are determined based on a mixed stress- and energy-criterion. In the case of tilted fracture intersection, the finite offset of the new crack initiation point along the discontinuity is computed. We show that aside from known controlling parameters such stress contrast, cohesional and frictional properties of the NFs and angle of intersection, the fluid injection parameters such as the injection rate and the fluid viscosity are of first-order in the crossing behavior. The model is compared to three independent laboratory experiments, analytical criteria of Blanton, extended Renshaw?Pollard, as well as fully coupled numerical simulations. The relative computational efficiency of OpenT model (compared to the numerical models) makes the model attractive for implementation in modern engineering tools simulating hydraulic fracture propagation in naturally fractured environments. 相似文献
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增强型地热系统(EGS)开发过程中，需要注入循环水体完成提热，但水体注入后与干热岩体反应会产生矿物溶解（或沉淀），破坏人工储层，影响地热能开发。本文以河北马头营区花岗岩型干热岩为研究对象，与该地区地下水、海水、纯水反应，并结合Phreeqc水文地球化学模拟，分析水岩相互作用后干热岩体的矿物变化与注入水体的化学成分变化规律。研究结果表明，不同注入水体与干热岩进行水岩作用，会产生不同类型的矿物溶解与沉淀，海水最终沉淀量较地下水低，主要原因是海水与干热岩体反应生成了具有吸附能力的沸石；适当减少海水中Cl-含量，将处理过的海水作为循环水体将具有强大的潜力和效益。 相似文献
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Abolfazl Moradi Behzad Tokhmechi Vamegh Rasouli Mohammad Fatehi Marji 《Geotechnical and Geological Engineering》2017,35(3):1035-1050
Production of hydrocarbons from shale formations has been made possible mainly due to hydraulic fracture (HF) technology. It increases the permeability of reservoir rocks around a well by connecting fractures and improving conductivity. HF behavior especially in presence of natural fractures have recently given much attention in studies. This paper investigates HF propagation and its associated parameters in various conditions. A higher order displacement discontinuity method is used to achieve higher accuracy in the results. First, behavior of crack opening displacement (COD) of an HF i.e. HF width in various conditions is studied. COD is a key parameter in determination of an HF operation success. It is proportional to production rate of oil and gas wells and provides a path for proppant entrance into the fractures. An equation considering many important parameters, based on numerous numerical modellings of various mechanical and geometrical effects on COD is proposed with coefficient of determination and standard error of 94.35% and 4.37 × 10?4 respectively. The next part of the paper studies the HF propagation in a naturally fractured reservoir. These natural fractures alter the stress fields and hence affect the propagation of a hydraulic fracture. In fact, it is shown that in certain orientations of hydraulic fractures and natural fractures, the effect of natural fractures disappear or completely changes propagation path. Using a combination of several interaction criteria, a new modeling of HFs and NFs interaction is presented. The modellings showed that spacing and angle of intersection can significantly affect HFs propagation. The results of COD and HF propagation in presence of natural fractures may be considered in HG design and primary orientation of perforated fractures. 相似文献
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层状页岩力学特性及其破坏模式研究 总被引：1，自引：0，他引：1
采用MTS815型岩石力学试验机进行了页岩层理面不同角度取芯的力学试验,获得了其力学参数及破坏模式特征。试验表明：层理面不同角度试样力学性质存在较大差异性,平行层理面试样其抗压强度最高,与层理面夹角为30°时抗压强度最低,弹性模量随取芯角度的增加逐渐降低。单轴压缩,夹角为0°时破坏模式主要为沿多个平行层理面竖向劈裂,夹角为30°时沿层理弱面剪切破坏,夹角为60°时为大角度剪切破坏并贯穿60°弱层理面,夹角为90°时主要为层状拉张破坏。三轴压缩,夹角为0°时试样有多条破裂面,呈劈裂与剪切破坏共同作用;夹角为30°时,沿层理面剪切破坏;夹角为60°时,呈现剪切破坏,剪切破裂面与水平面夹角在45°~50°之间;夹角为90°时,以剪切破坏为主,有多条平行开裂层面。页岩层理面表现出明显的弱面特征,研究结果为水力压裂施工设计提供了技术参数。 相似文献
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为了对广西合浦盆地干热岩资源成热条件及其潜力进行评价，利用广西航磁勘查数据，采用Parker-Oldenburg法反演计算了居里面深度。在此基础上进行大地热流密度值和不同埋深地温计算，发现计算结果与现有测温资料吻合，合浦盆地内西场凹陷和常乐凹陷具有干热岩资源成生条件。结合合浦盆地内基础地质调查资料和油气钻孔资料，分析了合浦盆地干热岩资源的储层和盖层条件。初步圈出2个位于西场凹陷和常乐凹陷的干热岩勘查靶区C1和C2，面积分别为167.10和72.90 km2，干热岩资源量分别为182.48×1015、77.59×1015 J。按20%的采收率，合浦盆地干热岩资源量可开采量为52.01×1015 J，折合标准煤177.48×104 t，占2018年广西全区能源生产总量3 756.69×104 t标准煤的4.72%。在资源量评价基础上，可优先考虑位于合浦盆地西场凹陷的C1靶区开展进一步的勘探工作。 相似文献
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我国东南沿海干热岩赋存前景及与靶区选址研究 总被引：5，自引：0，他引：5
干热岩资源是未来重要的清洁型能源,干热岩资源靶区选址是进行干热岩资源开发利用最基础的工作。本文在综合国内外相关干热岩开发项目的基础上,系统总结了干热岩选址的地热地质学指标,并对我国东南沿海地区的干热岩赋存背景进行论述,选取了广东阳江新州、广东惠州黄沙洞、雷琼断陷盆地、海南陵水等几个地区作为我国东南沿海干热岩开发的重点潜力靶区,在综合分析各靶区深部地热地质背景、深部热异常的基础上,建立了研究区深部温度场模型,进行了干热岩资源靶区选址对比研究,对下一步优先勘查靶区及勘查方案提出了建议。 相似文献
8.
三叉裂隙是自然界普遍存在的一种岩体缺陷形式,其对岩体的力学特性有重要影响。对含预制三叉裂隙的水泥砂浆试样进行室内单轴压缩试验,配合使用摄像机拍摄裂纹的起裂、扩展、贯通过程,通过数字图像技术处理获取试样的应变场云图,并结合PFC2D程序研究不同?、? 条件下试样的强度特征、裂纹模式和裂纹演化扩展规律。研究表明：三叉裂隙对试样单轴抗压强度有明显的削弱作用。当? 恒定为120°时,试样在? = 30°时达到最大抗压强度;当? 恒定为90°时,随?增大,试样抗压强度呈先减小后增大的趋势,且当? = 45°时达到最大抗压强度。试样产生的裂纹可分为3类,分别是张拉型裂纹(Ⅰ型裂纹)、剪切型裂纹(Ⅱ型裂纹)、混合型裂纹(Ⅲ型裂纹)。这3类裂纹通常从裂隙尖端开始产生,并且Ⅰ型裂纹沿加载方向扩展,通常未扩展至试样边界;Ⅱ型和Ⅲ型裂纹通常与加载方向呈一定角度扩展至试样边界。通过对裂纹的几何形态和组成宏观裂纹的微裂纹成分的分析,得知导致含三叉裂隙试样在单轴压缩条件下失效的是张拉破坏。数字图像技术得到的应变云图表明,当载荷达到一定阶段,裂隙尖端出现应力集中,微破裂开始发育并聚集成微破裂区,微破裂区扩大产生宏观裂纹。通过对主应变和剪应变云图分析,发现导致试样失效的是张拉破坏,剪应变在裂纹扩展过程中的影响较小。 相似文献
9.
岩体内裂隙等非连续结构面对岩体的强度及变形等力学特性有着显著的影响,研究岩体裂隙起裂、扩展、相互作用和贯通机制,对工程岩体力学行为的表征和工程性能的评价十分重要。本文基于连续介质力学模型的离散元方法,通过考虑裂隙分布、模型加载条件及其与裂隙产状的关系,建立了一系列裂隙力学计算模型,研究了不同模型裂隙扩展演化特征和岩体破裂机制,分析了岩体裂隙扩展规律及其对岩体破坏路径和强度的影响,研究结果表明:（1）裂隙岩体模型加载条件下的破坏起裂点、最终贯通破坏特征及损伤分布受控于裂隙的产状及其与最大主压应力取向角度大小及围压大小。（2）裂隙弱面走向与最大主压应力取向斜交时,裂隙弱面在加载条件下其端部裂隙扩展、贯通破坏表现比较明显,反之,当裂隙弱面走向与最大主压应力取向一致时,裂隙弱面被动影响裂隙模型内新生裂隙的萌生、扩展和贯通模式,自身未出现新的扩展破坏。（3）裂隙数目的增多和围压的增大会显著增加模型内部剪切裂缝的数量和模型破坏后的破碎程度,模型内部的损伤区域主要围绕破裂面呈滑移线型交叉分布,非破裂面区域损伤呈条带状X型分布。（4）裂隙弱面走向与最大主压应力取向斜交时,裂隙对岩体模型强度的弱化程度高于裂隙弱面走向与最大主压应力取向一致的情况,而裂隙模型破坏后的残余强度则正好相反。 相似文献
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动荷载作用下岩石非线性弹性响应研究 总被引：4，自引：0，他引：4
岩石是一种典型的颗粒孔隙介质。在冲击荷载下,即便是在作用荷载比较低的阶段,由于岩石内部自然缺陷的存在,应力波随着传播距离延伸,其幅值有较大的衰减。文中对饱油和饱水的砂岩、大理岩进行SHPB冲击试验,研究结果表明:对于同种岩石试样,饱油岩样的衰减系数比饱水样品的小;对于不同的岩样,孔隙率大的岩样相应的衰减系数大。应力波在饱和介质中的衰减与介质中液体的粘滞系数有关。同时,材料中的孔隙和液体的存在对应力波的弥散特征也有一定的影响。然后基于Preisach-Mayergoyz(P-M)空间模型对冲击荷载比较低的阶段,岩石内部应力波的衰减和弥散问题进行了较详细的分析,得到了一些初步结论。本研究对于石油开采、物探以及岩土工程有一定的意义。 相似文献
11.
干热岩是一种重要的地热资源，绝大部分以开采地壳中生代以来中酸性侵入岩体中所蕴含的热量为主。东南沿海地区是中国最主要的高放射性花岗岩分布区，发育大面积的中生代酸性花岗岩体，是寻找干热岩的良好靶区。通过研究东南沿海大地构造背景、区域大地热流分布、地壳厚度、居里面埋深及新构造等条件，分析了东南沿海干热岩资源的赋存背景，对福建地区是否存在干热岩进行了探讨，并通过控热构造分析提出了东南沿海干热岩资源的成因模式，初步建立了东南沿海干热岩成藏的三元聚热模型，总结了漳州、惠州等地区的干热岩资源靶区勘查进展，相关研究为今后中国东南沿海地区干热岩勘查评价提供了基础。 相似文献
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在冻融条件下岩石微裂隙中的水发生相变,体积膨胀,对微裂隙产生很大的冻胀力,当冻胀力超过岩石的抗拉强度时,微裂隙扩展。温度升高时,水又进入新的微裂隙,如此反复循环造成了岩石的损伤。据此,将岩石中的微裂隙等效为扁平状椭圆裂隙,基于断裂力学建立了单条微裂隙下裂隙扩展长度与冻胀力的关系,考虑岩石中微裂隙的分布,将岩石冻融条件下的应变分解为初始损伤应变、附加损伤应变和塑性应变,建立了弹塑性冻融损伤本构模型。最后,通过岩石冻融试验对该模型的合理性进行了验证,结果表明,该模型能够较好地模拟岩石在不同冻融次数下的应力-应变关系曲线。 相似文献
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针对如何评估大庆徐家围子不同储层干热岩开采潜力的问题,基于徐家围子深井的地质和测井资料,对其深部存在的三种储层情况进行了划分。首先提出了各储层改造方案并建立了三维压裂模型;然后基于储层改造结果,采用水热耦合软件TOUGH2对其进行了换热分析;最终得出了不同储层的干热岩开采潜力。研究结果显示,徐家围子营城组储层是该区目前最适合进行干热岩开采的储层:根据天然裂隙发育程度,可以分为致密储层和天然裂隙发育储层,天然裂隙储层经清水剪切压裂后,采用三垂直井开采模式,最大注入速率30 kg/s,20 a产热量达17000~18500 kJ/s;根据地应力遮挡情况,可以分为遮挡层和无遮挡层,遮挡层和无遮挡层采用传统支撑剂型压裂后,采用三水平井(水平段2000 m)的开采模式,最大注入速率分别为20和32 kg/s,20 a的产热量分别为3500~5350 kJ/s和5600~7760 kJ/s。此外,虽然致密层产出热量远低于天然裂隙发育储层,但传统支撑剂型压裂和水平井技术结合后,致密储层也具有了开采干热岩的潜力。 相似文献
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《China Geology》2022,5(3):372-382
Hot dry rock (HDR) is a kind of clean energy with significant potential. Since the 1970s, the United States, Japan, France, Australia, and other countries have attempted to conduct several HDR development research projects to extract thermal energy by breaking through key technologies. However, up to now, the development of HDR is still in the research, development, and demonstration stage. An HDR exploration borehole (with 236 °C at a depth of 3705 m) was drilled into Triassic granite in the Gonghe Basin in northwest China in 2017. Subsequently, China Geological Survey (CGS) launched the HDR resources exploration and production demonstration project in 2019. After three years of efforts, a sequence of significant technological breakthroughs have been made, including the genetic model of deep heat sources, directional drilling and well completion in high-temperature hard rock, large-scale reservoir stimulation, reservoir characterization, and productivity evaluation, reservoir connectivity and flow circulation, efficient thermoelectric conversion, monitoring, and geological risk assessment, etc. Then the whole-process technological system for HDR exploration and production has been preliminarily established accordingly. The first power generation test was completed in November 2021. The results of this project will provide scientific support for HDR development and utilization in the future.©2022 China Geology Editorial Office. 相似文献
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增强型地热系统(EGS)中高温岩石与流体之间的对流换热特征一直以来是干热岩(HDR)研究的重要基础内容。岩石导热热阻对裂隙对流换热特征具有重要影响。为研究其具体影响,综合运用理论解析与数值模拟2种研究方法,通过对解析解讨论以及建立数值模型,研究两平行光滑平板之间的换热规律。结果表明：流体速度、传热边界层充分发展时,局部努塞尔特准数Nux为定值,与其他因素无关;局部对流换热系数hx仅与流体热导率k和裂隙开度e有关,与其他因素无关。上下平板壁面热流恒定时,Nux为8.235;温度恒定时,Nux为7.54。然后建立多组导热热阻不同的岩石裂隙对流换热数值模型,发现岩石导热热阻增大,温度场进口段延长,对流换热系数h增大。岩石长度显著影响进口段占比,进而影响h的大小。h随着长度增大而减小;当岩石长度足够长时,进口段占比足够小,此时除k与e之外的参数对h基本没影响。并且发现实验室常用岩石长度为100 mm,而典型EGS工程中裂隙长度是米级的,建议室内实验重视岩石长度对裂隙对流换热特征的影响。 相似文献
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为了揭示薄层状岩体单层厚度对裂纹扩展路径的影响,利用ABAQUS软件进行数值模拟,对含预制裂纹的不同单层厚度的层状岩体进行三点弯曲数值试验,岩体试样长度和宽度一定（512 mm×128 mm）,分5种不同的单层厚度建模,单层厚度分别为:64 mm、32 mm、16 mm、8 mm、4 mm。提取破裂过程中的声发射信息及主裂纹路径参数,对比分析不同层理厚度时,岩体的峰值载荷、声发射事件数、累计声发射事件数、主裂纹长度等对单层厚度的变化规律。研究结果表明:（1）薄层状岩体的强度与单层厚度有一定关系,单层厚度越大,岩体的抗弯强度越小,并且这种变化是非线性的。（2）在不同层厚条件下,层理面均表现出了阻止裂纹向上扩展的效果。同时,裂纹在层状岩体中的扩展是不连续的,裂尖沿层理面发生了水平迁移,整体呈现阶梯状。（3）在三点弯曲条件下,随着单层厚度的减小,岩体破裂时的裂纹总长度先增大后减小。（4）裂纹在岩体层面扩展时破裂类型多为滑移与拉张破裂的组合,而在非层理面的岩体内部扩展时,以拉张破裂为主。（5）薄层状岩体在三点弯曲条件下,声发射事件在岩体的压密阶段几乎没有出现,直至接近峰值载荷时才大量涌现。到了载荷快速下降时,单位时间的声发射事件数也达到最大。研究结果将对预测层状岩石的裂缝演化提供依据。 相似文献
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为了研究双轴压缩下预制裂隙岩样宏细观力学行为及裂纹扩展模式,采用颗粒流程序（PFC）先分析平行粘结模型细观参数对宏观参数的影响,接着结合完整花岗岩常规三轴压缩试验结果对其细观参数进行标定,最后借助该组参数模拟有围压下预制裂隙（上裂隙①和下裂隙②）岩样的力学特性。研究表明:基于PFC程序和标定的参数能较好地模拟完整岩样的破坏情况;随着围压增大,双裂隙岩样的峰值强度和弹性模量均增大,且裂隙②与水平向夹角α2为90°时,两者均达到最大值;不同的α2下,各岩样的裂纹演化均经过裂纹萌生、发展和稳定等3个阶段;随着围压的降低和轴向应力的增大,颗粒间的力链破坏情况愈严重。由于拉伸力链的集中和分布不同,水平裂隙长度方向上的裂纹沿着轴向扩展,且两裂隙的贯通呈现不同方式。 相似文献
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Qualitative Analysis of Rock Avalanches Propagation by Means of Physical Modelling of Non-Constrained Gravel Flows 总被引：2，自引：1，他引：1
Summary This paper presents an experimental study of rock avalanches run-out and propagation carried out with a small-scale physical
model at the EPFL Rock Mechanics Laboratory. Fall height, volume, releasing geometry and materials used for testing have been
varied and their influence on deposit characteristics (such as length, width, height and morphology) and run-out has been
studied. The experiments have shown that deposit morphology is dependent on the type of material used: sand or gravel. Sand
deposit shape, regular and compact, is in accordance with many tests described in the literature, while Aquarium gravel deposit
is closer to real cases such as the Six des Eaux Froides event (Switzerland). There is also a considerable difference in deposit
morphology and dimensions when the event is the consequence of one large volume released at once or when the same volume is
released at different times. In this latter case the final deposit characteristics do not depend on the entire failed volume
but on the individual smaller ones. This behaviour is in agreement with the Randa event (Swiss Alps) which occurred over several
hours. For all-in-once releases, run-out distance depends primarily on the volume. Fall height and releasing geometry have
a small influence on run-out, but on the other hand a higher fall height leads to a different lateral spreading and to the
development of two different propagation mechanisms of the sliding mass.
Author’s address: Irene Manzella, Rock Mechanics Laboratory, Swiss Federal Institute of Technology, Lausanne, Switzerland 相似文献
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采用理论分析和实验室测试的方法对锚固锚杆和自由锚杆中的导波传播规律进行了研究,并在频率为20 kHz～ 3 MHz范围内对锚固锚杆和自由锚杆波的传播速度进行了测试,发现锚固锚杆内不同频率的导波传播速度对锚固介质具有不同的敏感性。低频率段（20～200 kHz）的导波传播速度对锚杆锚固质量较为敏感,自由锚杆和锚固锚杆中导波的传播速度相差较大,适合于检测锚杆的锚固质量。高频率段（1～3 MHz）的导波传播速度对锚杆锚固质量不敏感,导波的传播速度基本不变,适合于锚杆完整性检测。探索了利用高频段多频率导波检测锚固锚杆长度的方法。实验室检测结果显示,本检测方法具有很高的精度 相似文献