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期刊信息/Journal information
工程地质学报
中国科学院地质与地球物理研究所
工程地质学报

中国科学院地质与地球物理研究所

王思敬

双月刊

1004-9665

gcdz@mail.igcas.ac.cn

010-82998121；82998124

100029

北京北土城西路19号 中国科学院地质与地球物理研究所

工程地质学报/Journal Journal of Engineering GeologyCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊是我国工程地质学科综合性的高级学术期刊。1993年批准创刊发行，现为季刊，16开本，每期96页，国内外公开发行。《工程地质学报》办刊宗旨是加强学术交流，促进工程地质科学的理论，应用和技术的发展，使工程地质学科更好地为国民经济建设服务。《工程地质学报》着重于理论研究和工程实践的结合。学报主要介绍当前规划、设计和在建国家重点工程的工程地质和地质环境实例及其论证；讨论理论进展和方法创新；讨论在土木、水电、铁路、公路、及矿山建设、城乡规划、地质环境和灾害治理，以及能源和工业采掘等方面的新技术和经营、适用于科研工作者、高校师生和专业工程技术人员参阅。《工程地质学报》由中国科学院地质与地球物理研究所主办，由工程地质力学重点研究室实验室、协同中国地质学会工程地质专业委员会及国际工程地质学会中国国家小组编辑。由中国工程院院士、国际工程地质学会副主席王思敬教授任主编的编委会由国内外知名的工程地质学家和工程师构成。
正式出版
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    储层工程地质力学导论

    李晓李守定赫建明张召彬...
    1155-1175页
    查看更多>>摘要：全球范围内的减少碳排放和实现可持续发展,都亟需提升清洁能源的消费占比并加大地热和页岩油气等非常规能源的开发力度.由于非常规储层具有致密超低渗以及油气赋存状态等自身工程地质特性,而且存在于地下深部而具有人不可入的特点,其开发必须通过钻孔对储层实施改造改性.储层工程地质力学则是研究储层工程地质特性的一门理论和应用科学,是地质学、力学与地球物理学的一个交叉学科.如果说储层地质力学是连接油气地质和油气开发的纽带,则储层工程地质力学进一步综合了工程地质力学、岩石力学以及储层地质力学的相关理论和方法,评价储层的工程地质特性与所处物理环境力场,研究储层改造改性原理与技术,为深部能源资源开发提供科学依据和技术支持.储层工程地质力学更强调将储层地质力学理论与储层改造改性相结合,解决深部能源资源开发中的储层改造改性关键技术难题,聚焦于储层压裂、储层改性、流体流动以及THMC强耦合过程,服务于清洁能源开发与减碳固碳,助力于我国"碳达峰"和"碳中和"目标的实现.

    储层工程地质力学非常规储层储层改造改性学科交叉研究

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    延长组和龙马溪组典型页岩孔隙结构特征研究

    曾涛方媛南亚林姚尧...
    1176-1185页
    查看更多>>摘要：页岩孔隙结构特征是反映其油气存储能力、流动能力和赋存状态的重要指标.为明确四川盆地和鄂尔多斯盆地典型页岩的孔隙结构特征,本文以重庆石柱、彭水地区的龙马溪组页岩和陕西宜君地区延长组长7段油页岩为研究对象,结合高压压汞和N2吸附实验对3组页岩的孔隙结构进行了详细表征.基于分形理论中的Brooks-Corey模型和FHH模型,对大孔(介孔+宏孔)和微孔的不规则性和复杂性进行了深入探讨.结果表明:(1)龙马溪组和延长组页岩的孔隙形态均为墨水瓶形和平行板狭缝形;(2)孔径分布均呈多峰分布.龙马溪组页岩含微孔、介孔和宏孔,而延长组页岩以介孔和宏孔为主;(3)延长组页岩孔隙度、孔体积和分形维数均小于其他两个地区.因此,延长组页岩孔隙结构较为单一且致密性较好.研究成果可为两地页岩气的开发提供指导.

    页岩孔隙结构分形延长组龙马溪组

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    致密储层岩石超低渗测试系统研发与应用进展

    王颂张路青周剑李晓...
    1186-1198页
    查看更多>>摘要：面向深部非常规能源开发领域,自主研制了一套适应于储层特性和深埋环境的超低渗测试系统,旨在解决高地温、高地压、高孔压条件下致密岩石超低渗透率精准测定的难题.该系统由渗流管路和高温高压多通道压力室两部分重要组件构成,经过创新设计和系统优化,能稳定且可靠地模拟150℃高温、150MPa围压和100 MPa孔压的深部储层环境,并能实现从亚纳达西至毫达西量级岩石样品渗透率的脉冲衰减法测量.基于该系统,开展了花岗岩和页岩在不同加卸载循环、有效应力、孔隙压力和温度条件下的渗透率测试.测试结果表明,加卸载循环次数增加有助于减少取样、制样过程中次生变形或次生微裂隙对测试结果的干扰;孔隙压力的提升抑制了气体滑脱效应,测得的表观渗透率更接近固有渗透率;相同有效应力条件下,页岩单一裂隙渗透率比基质渗透率至少高3个数量级;所建立的裂隙渗透率物理模型精准拟合了单一裂隙渗透率的测试结果,适用于刻画有效应力、孔隙压力和裂隙压缩变形共同影响下的裂隙页岩渗透率变化规律;固定有效应力和孔隙压力条件时,页岩渗透率随温度升高而降低.综上所述,所研发的超低渗测试系统可为致密储层渗透率的评价提供技术支撑,相关测试结果有助于加深对深部储层环境中流体运移机制的理解.

    超低渗透率脉冲衰减法高温高压设备研发储层地质力学

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    扫描电镜下页岩微观断裂原位观测与变形表征

    张建勇崔振东韩伟歌李晓...
    1199-1208页
    查看更多>>摘要：为定量化获取页岩微观裂纹萌生、连接过程中的变形量,从而揭示页岩微观裂纹的变形、演化规律及破裂机理.本研究探索并对比了基于页岩表面天然斑点、表面光刻处理、表面金属纳米颗粒处理的微观DIC应变表征方法,研究了微观裂纹萌生、扩展中的变形演化过程.得出结论如下:(1)3种表面处理方法均可实现DIC变形表征,利用页岩表面天然斑点较为简单、方便,但无法在高放大倍数下进行变形表征;光刻处理相对廉价,对页岩物理力学性质不产生影响,但最小散斑尺寸为2μm,且光刻胶不随页岩的微小破裂而破裂,易遮挡微观裂纹;表面金属纳米颗粒处理所形成散斑较为精细、散斑尺寸可人为控制,DIC变形表征较为准确,但页岩需经过300℃处理,可能影响页岩物理力学性质.(2)非连续裂纹的萌生、连接是微观裂纹扩展的重要形式,非连续裂纹形成前存在非连续应变集中现象.非连续裂纹具有层级展布特征,这可能是微观裂纹曲折复杂的原因;(3)相互连接的非连续裂纹形成主裂纹,未与主裂纹连接的非连续裂纹由于应力释放而闭合,形成分支裂纹.本研究为页岩微观变形演化表征提供了新的技术手段与研究思路,同时也为微观裂纹扩展规律及非连续裂纹形成演化研究提供了试验证据.

    页岩微观裂纹原位观测应变表征非连续裂纹

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    昭通地区龙马溪组浅层页岩气储层特征及可开发性

    何永彬赫建明谢庆宾
    1209-1233页
    查看更多>>摘要：昭通地区龙马溪组是典型的浅层、中浅层页岩气储层,研究储层特征及可开发性对于浅层页岩气开发具有重要意义.本文以云南昭通龙马溪组页岩为研究对象,利用X射线衍射实验、场发射扫描电镜、氮气吸附等实验进行储层孔隙结构表征;将浅层页岩气储层与川南典型深层页岩气储层进行对比,归纳浅层特征,分析可开发性.结果表明昭通地区龙马溪组有机质丰度高,有机质类型好,属于过成熟阶段;具有低孔低渗的物性特征.矿物成分主要为石英、长石等,主要发育细粒混积岩以及长英质页岩.页岩储层主要发育粒间孔、粒内孔、有机质孔和微裂缝4种类型;孔隙形态以板状孔和柱状孔为主,比表面积与孔容均较大,发育孔径介于1～2 nm之间的微孔,以及2～4 nm之间、8～9 nm之间的介孔;其中有机质孔含量高,连通性较好.页岩气储层可开发性是指页岩气储层具有优越的有机质特征、矿物含量特征、储层物性特征、孔隙结构特征、含气性特征、脆性特征和地应力特征,能够通过储层改造进行开发的性质.本文通过将不同深度的龙马溪组页岩气储层进行对比分析,结果表明不同深度龙马溪组矿物组成基本一致,有机质孔发育形状基本一致,但昭通地区埋藏较浅,较小的地层压力与含量较高的长英质矿物导致其小于0.1 μm的孔隙得到更大程度的保存;昭通地区龙马溪组主要含气类型为吸附气,储层脆性和所处地应力条件与深层相似.昭通浅层龙马溪组可开发性较好,是有利的页岩气开发方向.

    昭通地区龙马溪组浅层页岩气储层可开发性

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    准噶尔盆地东北缘平地泉组岩体结构特征与三维模型构建

    黄北秀李丽慧薛媛李承隆...
    1234-1248页
    查看更多>>摘要：纹层和天然裂缝制约着页岩储层的压裂改造效果,精细刻画储层岩体结构是实现储层压裂改造体积最大化的首要前提.本文对准噶尔盆地东北缘平地泉组烃源岩中的纹层和天然裂缝进行了详细研究,并构建了三维岩体结构模型.首先,通过无人机近景航摄和数码照相,获取了平地泉组烃源岩直立剖面的高分辨率影像数据,然后基于影像数据构建了剖面的高精度三维数字模型并对天然裂缝和纹层结构进行了识别和解译.在此基础上,联合人工现场测量的天然裂缝及纹层参数,通过聚类分析确定了剖面主要发育3组高陡倾角裂缝,裂缝迹长均服从对数正态分布;纹层平均厚度为0.57 m,整体纹层厚度服从负指数概率分布.最后,基于天然裂缝和纹层的统计特征,利用蒙特卡罗模拟技术,分别构建了天然裂缝模型和层面模型,通过将二者叠加生成了融合天然裂缝和层面的三维岩体结构模型并得到了实测剖面的验证.该研究通过引入无人机技术获取烃源岩高陡剖面的影像数据,同步解译天然裂缝和纹层结构信息,有效提高了岩体结构表征的精细化水平,可为该盆地平地泉组烃源岩的数值模拟或物理模拟提供更加可靠的三维模型.

    准噶尔盆地平地泉组天然裂缝纹层岩体结构模型

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    层理倾角与孔道直径对页岩单轴破坏特征影响的数值研究

    董卓林天然
    1249-1261页
    查看更多>>摘要：为探究深部地下工程中层状围岩井壁与隧道失稳破坏机理,通过构建单轴压缩条件下随机分布层理面的空心页岩数值模型,研究了层理倾角与孔道直径对含孔道页岩强度及破坏特征的影响.数值模拟结果表明:(1)含孔道页岩强度随孔径的增大逐渐减小,随层理倾角变化表现出各向异性特征且各向异性指数随孔径增加而增大,层理面与轴向力夹角影响层理面作用机理造成失稳模式的各向异性,孔道存在使受力面含缺陷造成加载中应力集中不均匀、传递路径不连续从而使页岩试样失稳强度降低;(2)在层理面与孔道共同作用下,页岩表现出各向异性的脆性破坏形式:层理0°时为沿层理与基质面的滑剪破坏,层理30°、60°时表现为沿层理面的滑移破坏,层理90°时为贯穿试样的劈裂破坏.层理倾角较小时完整页岩和含孔道页岩在破坏形式上无显著区别,层理倾角较大时含孔道页岩两侧裂纹出现差异且主裂纹随孔径增大而上移.(3)破坏时输出的声发射信号受孔径影响并随孔径增大出现不同程度的降低,通过声发射信号变化规律与时空分布特征能够评估破坏烈度并再现试样内部细观结构渐进损伤特征.研究结果有助于理解含孔道页岩失稳破坏机理,可为提升地下工程的稳定性和安全性提供理论指导.

    储层页岩层理性质孔道试样破坏模式数值模拟

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    页岩渗吸过程中的水化损伤演化特征研究

    丁乙刘向君曹雯周吉羚...
    1262-1272页
    查看更多>>摘要：页岩气开发必须依赖长段水平井技术,但页岩属于典型的钻井易失稳地层,制约了页岩储层长段水平井钻井.水化损伤是造成该类地层垮塌失稳的主要诱因.钻井过程中,渗吸作用是钻井液中的水相介质进入地层的主要形式之一.水相介质进入页岩后,与内部黏土发生水化反应,形成损伤效应.目前,对页岩水化损伤机制的研究已经较为成熟,但围绕渗吸与水化的相关性研究较为缺乏,对渗吸过程中的页岩水化损伤演化规律的认识不够深入,限制了页岩储层水平井钻井提质提速.基于此,本文结合室内渗吸实验与力学实验,以损伤力学理论为基础,明确了页岩渗吸特征,以及渗吸过程中的水化结构损伤演变规律,构建了渗吸过程中的页岩水化损伤本构模型,分析了渗吸过程中页岩能量响应规律.研究结果表明:页岩渗吸在前期更为显著,后期逐渐趋于稳定.水化损伤程度与渗吸程度具有对应性.渗吸过程中,页岩水化裂纹逐渐扩展,力学强度降低,页岩从脆性向塑性转变.随渗吸时间增加与水化作用增强,岩石吸收总能、弹性能以及耗散能均呈现降低趋势,力学稳定性变差.研究成果深化了对页岩储层力学行为特征的认识,为实现页岩气储层高效安全的长段水平井技术提供了理论支撑.

    页岩气储层井壁失稳渗吸水化损伤本构模型

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    真三轴应力状态下海相与陆相页岩射孔压裂裂缝扩展规律对比研究

    郭鹏李晓李守定郑博...
    1273-1280页
    查看更多>>摘要：页岩油气高效开发需要对储层进行大规模压裂改造,水力裂缝垂向扩展激活纹层弱面是形成复杂压裂缝网的关键.然而,由于海相页岩与陆相页岩沉积环境、矿物成分和岩体结构存在显著差异,导致水力压裂效果差异较大,亟需对水力裂缝扩展规律进行深入探索.本文选取了龙马溪海相页岩和长7段陆相页岩,开展了力学特性试验和真三轴应力状态下水力裂缝扩展规律研究.分析了海相页岩和陆相页岩力学各向异性、注入压力曲线、压裂缝网形态与裂缝扩展过程的声发射能量.结果表明:(1)海相页岩力学强度和弹性模量明显高于陆相页岩,抗压强度相差61.4～102.2 MPa,抗拉强度差值约为1.7～2.6 MPa,弹性模量差值约为7.0～25.7 GPa,表明层理弱面对陆相页岩力学特性和破裂模式影响更为显著.(2)海相页岩破裂压力和声发射能量高于陆相页岩,水力裂缝起裂和扩展特征明显.陆相页岩注入压力曲线明显不同于海相页岩,压裂液沿层理缝滤失,造成注入压力曲线非线性增长.陆相页岩水力裂缝起裂和主破裂特征不明显,声发射能量较低.(3)海相页岩水力裂缝形态较为平直,射孔起裂后形成两条主裂缝.陆相页岩水力裂缝形态曲折,垂向扩展受到层理弱面抑制,裂缝高度较小.当压裂液黏度由60 MPa·s增大至240 MPa·s时,陆相页岩水力裂缝垂向扩展高度增大,裂缝形态更加复杂.

    龙马溪海相页岩长7段陆相页岩力学特性水力裂缝形态压裂液黏度

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    海相页岩与陆相页岩体积压裂支撑剂敏感性差异机理探讨

    李关访李晓李守定赫建明...
    1281-1291页
    查看更多>>摘要：页岩体积压裂是储层在地应力与致裂压力联合作用下形成天然裂缝与压裂裂缝相互交错的复杂缝网,现场实践表明这个复杂的缝网破裂演化过程中海相、陆相页岩储层对不同粒径的支撑剂注入具有明显的敏感性差异.通过海陆相页岩露头剖面地质调查、钻井取芯对比分析岩体结构性差异,分析海相、陆相页岩水平井水力压裂施工数据,结合位移间断边界元裂缝网络演化模拟(DFN),揭示海相与陆相页岩体积压裂支撑剂敏感性差异机理.结果表明:陆相页岩呈岩性互层结构,多种岩体结构面发育,具有高度的结构非均质性特征;在相似的工况条件下,支撑剂随高压流体注入陆相页岩储层地面采集压力波动幅度较大,支撑剂对陆相页岩敏感性强于对海相页岩敏感性;海相页岩与陆相页岩岩体结构性差异导致水力压裂过程中的起裂行为、拓展机制、缝网形态的差异化机制,天然裂隙、弱结构面越发育,相同注入条件下压裂液滤失量大缝内净压力越低,水力裂缝平均开度越小;天然裂隙与最大水平主应力夹角越大,水力裂缝沟通天然裂隙之后转向至最大水平主应力方向扩展,转向段裂缝开度越小,容易引起支撑剂聚集沉降,从而造成支撑剂敏感性强.该研究对陆相页岩储层压裂方案优化具有一定现实指导意义.

    海相页岩陆相页岩水力压裂支撑剂敏感性差异机理

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