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循环冲击载荷作用下页岩动力学响应及能量耗散特征
被引量：
7
1
作者
王宇
翟成
+1 位作者
唐伟
石克
龙
《爆炸与冲击》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第6期74-87,共14页
采用Φ50 mm分离式霍普金森杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)实验系统开展页岩循环冲击实验,研究不同循环冲击载荷作用下页岩动力学响应及损伤演化特征,同时揭示了控制入射总能量不变条件下,不同气压梯度循环冲击页岩能量演化规...
采用Φ50 mm分离式霍普金森杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)实验系统开展页岩循环冲击实验,研究不同循环冲击载荷作用下页岩动力学响应及损伤演化特征,同时揭示了控制入射总能量不变条件下,不同气压梯度循环冲击页岩能量演化规律。随着冲击气压升高,试样破裂所需的冲击次数呈线性减少,峰值应力随循环冲击次数的增加先升高后降低,极限应变先减小后增大,试样在循环冲击下表现出先压密后损伤的力学机制。基于Weibull分布的统计损伤模型表明,升高循环冲击气压,试样损伤破坏形式由缓慢劣化逐渐转变为骤然破坏。入射总能量恒定的情况下,通过控制循环入射能量梯度能够产生不同的损伤效果,降压冲击和升压冲击下的能量吸收比均大于恒压冲击下的,且气压梯度的绝对值与能量吸收比呈现正相关性。
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关键词
页岩
SHPB实验
循环冲击
损伤演化
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职称材料
燃爆载荷冲击下五峰—龙马溪组页岩断裂韧性及破坏模式
2
作者
余旭
石克
龙
+2 位作者
王宇
刘厅
唐伟
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第12期4322-4335,共14页
燃爆压裂是页岩气储层改造增产的一种无水压裂技术,弄清燃爆载荷冲击下页岩断裂韧性及破坏模式是甲烷燃爆压裂推广应用的关键。断裂韧性是页岩储层压裂效果评价的重要指标,实现燃爆载荷冲击下试样裂纹复杂程度的定量表征以确定页岩的破...
燃爆压裂是页岩气储层改造增产的一种无水压裂技术,弄清燃爆载荷冲击下页岩断裂韧性及破坏模式是甲烷燃爆压裂推广应用的关键。断裂韧性是页岩储层压裂效果评价的重要指标,实现燃爆载荷冲击下试样裂纹复杂程度的定量表征以确定页岩的破坏模式。选取四川省宜宾市长宁五峰—龙马溪组一段页岩样品,基于自主搭建的甲烷燃爆冲击和SHPB试验系统开展研究,结合动态断裂理论确定了一种计算各向异性页岩动态断裂韧度的方法,并探究燃爆载荷冲击作用下页岩的断裂韧性及损伤破坏特征。结果表明:在不同燃爆加载速率下,试样动态断裂韧度随层理角度的增加呈线性增加趋势,相比静态断裂韧性显著增大,90°层理页岩试样的断裂韧度最大达到4.98 MPa·m^(1/2);随着加载速率的增大页岩动态断裂韧度显著增大,如0°层理试样在157.57 GPa·m^(1/2)/s的加载速率下的断裂韧度值为4.93 MPa·m^(1/2),而加载速率为35.43 GPa·m^(1/2)/s时的断裂韧度为1.72 MPa·m^(1/2),降低了2.9倍;同时,受页岩层理角度的影响,高加载速率下页岩试样裂纹扩展方向发生偏移转向、顺层延申和切层现象,使得裂缝网络整体结构更加复杂;在燃爆载荷冲击试验中,页岩初始起裂角为0°~70.51°,依据岩石断裂理论可知属于I-II型复合断裂类型;随着燃爆载荷由20~25 MPa增长到66~71 MPa,裂纹的尺寸和数量显著增长,且起裂角分布范围明显增加;燃爆压力达到50 MPa以上时,试样裂纹数量和偏转模式增多,伴随着岩体的剪切滑移现象,能够形成复杂树状裂纹,对页岩储层复杂裂缝网络有着正向作用。
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关键词
甲烷燃爆
冲击载荷
五峰—龙马溪页岩
动态断裂韧度
裂纹扩展
破坏特征
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职称材料
循环冲击载荷作用下页岩孔隙结构演化特征
3
作者
王宇
翟成
+2 位作者
邵昊
唐伟
石克
龙
《特种油气藏》
CAS
CSCD
北大核心
2023年第1期154-160,共7页
为研究循环冲击载荷作用下页岩气储层孔隙结构演化规律,以四川省长宁县五峰组页岩为研究对象,基于霍普金森压杆实验系统与微米CT系统,分别获取低速、中速和高速循环冲击载荷下页岩的动力学响应特征,并对冲击前后页岩孔隙结构进行分析。...
为研究循环冲击载荷作用下页岩气储层孔隙结构演化规律,以四川省长宁县五峰组页岩为研究对象,基于霍普金森压杆实验系统与微米CT系统,分别获取低速、中速和高速循环冲击载荷下页岩的动力学响应特征,并对冲击前后页岩孔隙结构进行分析。研究表明:动态冲击应力-应变曲线显示,低速循环冲击岩样动态弹性模量随循环冲击次数的增加不断升高,承载能力逐渐增强;中速及高速循环冲击岩样则呈现先压密后损伤的力学响应特征;提高循环冲击载荷,页岩连通裂隙的表面积、体积及分形维数升高,绝对渗透率上升,表明提高循环冲击载荷可使岩样形成复杂孔隙网络,具备更好的渗流能力;中速及高速循环冲击导致岩样内部孔隙扩展贯通,中速循环冲击岩样的孔隙度较原始岩样提升一倍,孔隙分布的空间离散性增强。该研究可为页岩气储层多级脉冲燃爆压裂工艺的相关研究提供理论支持。
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关键词
页岩
压裂
孔隙结构
循环冲击载荷
微米CT
多级脉冲燃爆压裂
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职称材料
题名
循环冲击载荷作用下页岩动力学响应及能量耗散特征
被引量：
7
1
作者
王宇
翟成
唐伟
石克
龙
机构
中国矿业大学安全工程学院
中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心
出处
《爆炸与冲击》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第6期74-87,共14页
基金
国家重点研发计划(2020YFA0711800)。
文摘
采用Φ50 mm分离式霍普金森杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)实验系统开展页岩循环冲击实验,研究不同循环冲击载荷作用下页岩动力学响应及损伤演化特征,同时揭示了控制入射总能量不变条件下,不同气压梯度循环冲击页岩能量演化规律。随着冲击气压升高,试样破裂所需的冲击次数呈线性减少,峰值应力随循环冲击次数的增加先升高后降低,极限应变先减小后增大,试样在循环冲击下表现出先压密后损伤的力学机制。基于Weibull分布的统计损伤模型表明,升高循环冲击气压,试样损伤破坏形式由缓慢劣化逐渐转变为骤然破坏。入射总能量恒定的情况下,通过控制循环入射能量梯度能够产生不同的损伤效果,降压冲击和升压冲击下的能量吸收比均大于恒压冲击下的,且气压梯度的绝对值与能量吸收比呈现正相关性。
关键词
页岩
SHPB实验
循环冲击
损伤演化
Keywords
shale
SHPB experiment
cyclic dynamic loading
damage evolution
分类号
O341 [理学—固体力学]
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职称材料
题名
燃爆载荷冲击下五峰—龙马溪组页岩断裂韧性及破坏模式
2
作者
余旭
石克
龙
王宇
刘厅
唐伟
机构
中国矿业大学安全工程学院
中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心
中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室
出处
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第12期4322-4335,共14页
基金
国家重点研发计划资助项目(2020YFA0711800)
国家自然科学基金资助项目(52104233)。
文摘
燃爆压裂是页岩气储层改造增产的一种无水压裂技术,弄清燃爆载荷冲击下页岩断裂韧性及破坏模式是甲烷燃爆压裂推广应用的关键。断裂韧性是页岩储层压裂效果评价的重要指标,实现燃爆载荷冲击下试样裂纹复杂程度的定量表征以确定页岩的破坏模式。选取四川省宜宾市长宁五峰—龙马溪组一段页岩样品,基于自主搭建的甲烷燃爆冲击和SHPB试验系统开展研究,结合动态断裂理论确定了一种计算各向异性页岩动态断裂韧度的方法,并探究燃爆载荷冲击作用下页岩的断裂韧性及损伤破坏特征。结果表明:在不同燃爆加载速率下,试样动态断裂韧度随层理角度的增加呈线性增加趋势,相比静态断裂韧性显著增大,90°层理页岩试样的断裂韧度最大达到4.98 MPa·m^(1/2);随着加载速率的增大页岩动态断裂韧度显著增大,如0°层理试样在157.57 GPa·m^(1/2)/s的加载速率下的断裂韧度值为4.93 MPa·m^(1/2),而加载速率为35.43 GPa·m^(1/2)/s时的断裂韧度为1.72 MPa·m^(1/2),降低了2.9倍;同时,受页岩层理角度的影响,高加载速率下页岩试样裂纹扩展方向发生偏移转向、顺层延申和切层现象,使得裂缝网络整体结构更加复杂;在燃爆载荷冲击试验中,页岩初始起裂角为0°~70.51°,依据岩石断裂理论可知属于I-II型复合断裂类型;随着燃爆载荷由20~25 MPa增长到66~71 MPa,裂纹的尺寸和数量显著增长,且起裂角分布范围明显增加;燃爆压力达到50 MPa以上时,试样裂纹数量和偏转模式增多,伴随着岩体的剪切滑移现象,能够形成复杂树状裂纹,对页岩储层复杂裂缝网络有着正向作用。
关键词
甲烷燃爆
冲击载荷
五峰—龙马溪页岩
动态断裂韧度
裂纹扩展
破坏特征
Keywords
methane explosive fracturing
dynamic impact load
Wufeng-Longmaxi shale
dynamic fracture tough-ness
crack propagation
failure mode
分类号
TE38 [石油与天然气工程—油气田开发工程]
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职称材料
题名
循环冲击载荷作用下页岩孔隙结构演化特征
3
作者
王宇
翟成
邵昊
唐伟
石克
龙
机构
中国矿业大学
中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心
出处
《特种油气藏》
CAS
CSCD
北大核心
2023年第1期154-160,共7页
基金
国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题重点专项”子课题“页岩气储层甲烷原位燃爆压裂理论与技术”(2020YFA0711800)。
文摘
为研究循环冲击载荷作用下页岩气储层孔隙结构演化规律,以四川省长宁县五峰组页岩为研究对象,基于霍普金森压杆实验系统与微米CT系统,分别获取低速、中速和高速循环冲击载荷下页岩的动力学响应特征,并对冲击前后页岩孔隙结构进行分析。研究表明:动态冲击应力-应变曲线显示,低速循环冲击岩样动态弹性模量随循环冲击次数的增加不断升高,承载能力逐渐增强;中速及高速循环冲击岩样则呈现先压密后损伤的力学响应特征;提高循环冲击载荷,页岩连通裂隙的表面积、体积及分形维数升高,绝对渗透率上升,表明提高循环冲击载荷可使岩样形成复杂孔隙网络,具备更好的渗流能力;中速及高速循环冲击导致岩样内部孔隙扩展贯通,中速循环冲击岩样的孔隙度较原始岩样提升一倍,孔隙分布的空间离散性增强。该研究可为页岩气储层多级脉冲燃爆压裂工艺的相关研究提供理论支持。
关键词
页岩
压裂
孔隙结构
循环冲击载荷
微米CT
多级脉冲燃爆压裂
Keywords
shale
fracturing
pore structure
cyclic impact load
micron CT
multistage pulse combustion-explosion fracturing
分类号
TE311 [石油与天然气工程—油气田开发工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
循环冲击载荷作用下页岩动力学响应及能量耗散特征
王宇
翟成
唐伟
石克
龙
《爆炸与冲击》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023
7
下载PDF
职称材料
2
燃爆载荷冲击下五峰—龙马溪组页岩断裂韧性及破坏模式
余旭
石克
龙
王宇
刘厅
唐伟
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023
0
下载PDF
职称材料
3
循环冲击载荷作用下页岩孔隙结构演化特征
王宇
翟成
邵昊
唐伟
石克
龙
《特种油气藏》
CAS
CSCD
北大核心
2023
0
下载PDF
职称材料
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