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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
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朱寧：頁巖裂隙滲透性在長期應(yīng)力下的時(shí)間演化
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朱寧：頁巖裂隙滲透性在長期應(yīng)力下的時(shí)間演化【EG，2024】 2024-09-30 閱讀：51次 頁巖是CO2地質(zhì)封存和高放核廢料儲(chǔ)存等工程的主要蓋層，也是頁巖氣的天然儲(chǔ)層。頁巖中發(fā)育的諸多裂隙是流體的主要滲流通道，頁巖儲(chǔ)層的產(chǎn)能表現(xiàn)以及地下流體儲(chǔ)存庫的安全性能都依賴于裂隙對(duì)流體的滲透能力。頁巖裂隙在應(yīng)力作用下會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變形，然而其滲透特性在變形過程中的演化規(guī)律尚不清楚。 針對(duì)上述科學(xué)問題，我校水資源與環(huán)境學(xué)院博士生朱寧，在導(dǎo)師于青春教授的指導(dǎo)下，開展了一系列水滲流實(shí)驗(yàn)和氣體突破實(shí)驗(yàn)，通過連續(xù)測(cè)量裂隙樣品的滲透率以及突破壓力隨時(shí)間的變化，研究了頁巖裂隙滲透性在長期應(yīng)力作用下的時(shí)間演化過程，取得了以下創(chuàng)新性認(rèn)識(shí)： （1）闡明了裂隙滲透性在應(yīng)力作用下的時(shí)間演化過程，并將其劃分為三個(gè)階段：顯著下降階段、穩(wěn)定下降階段和相對(duì)恒定階段。在此過程中，裂隙頁巖的水滲透率下降了兩個(gè)數(shù)量級(jí)左右，突破壓力增長了約一個(gè)數(shù)量級(jí)。雖然裂隙在長期應(yīng)力壓實(shí)作用下表現(xiàn)出一定的自密封趨勢(shì)，顯著降低了對(duì)流體的滲透能力，但其難以完全閉合，殘存的裂隙空間仍可以主導(dǎo)流體流動(dòng)。（圖1） （2）揭示了裂隙滲透性在長期應(yīng)力作用下的變化機(jī)理。頁巖裂隙在應(yīng)力作用下會(huì)被逐漸壓實(shí)，內(nèi)部流動(dòng)通道變窄甚至部分閉合，有效流動(dòng)面積減小。將主要流動(dòng)通道上能夠控制流體流動(dòng)的位置定義為瓶頸點(diǎn)，這些位置的隙寬較小，并且在應(yīng)力作用下會(huì)隨時(shí)間下降至微納米級(jí)別，使得裂隙滲透性在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)降至較低水平。（圖2圖3） （3）通過比較裂隙的水滲透率和氣體突破壓力的時(shí)間演化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，長期應(yīng)力作用對(duì)裂隙內(nèi)水滲流的抑制效果要高于對(duì)氣體突破的抑制。地下封存的氣體在滲透性較低的裂隙頁巖中可能依舊容易發(fā)生逃逸。為保證地下工程的長期安全實(shí)施，應(yīng)同時(shí)考慮滲透率和突破壓力隨時(shí)間的演化過程。 該研究提高了對(duì)地下裂隙巖體滲透性演化的認(rèn)識(shí)，對(duì)于保障地下工程的長期有效運(yùn)行具有重要意義。 圖1 裂隙頁巖樣品的水滲透率和氣體突破壓力隨時(shí)間的演化圖 圖2 裂隙隙寬初始分布特征以及不同時(shí)刻裂隙內(nèi)流動(dòng)路徑分布圖 圖3 裂隙內(nèi)主要流動(dòng)通道上的流體壓力演化圖以及隙寬分布，圖中灰色箭頭和黑色圓圈為瓶頸點(diǎn)位置 上述研究受國家自然科學(xué)基金（42377061，41877196和U1612441）的資助，發(fā)表于工程地質(zhì)領(lǐng)域國際權(quán)威期刊《Engineering Geology》上：Ning Zhu, Qingchun Yu*. Temporal evolution of fracture transport properties of fractured shales during long-term stress compaction. Engineering Geology, 2024. 339: 107663. [IF 2023=6.9]。 全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2024.107663 |
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