CO2–水两相条件下砂岩致裂特征与有效应力模型的试验研究.PDFVIP

第 35 卷 第 2 期 岩石力学与工程学报 Vol.35 No.2 2016 年 2 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Feb .，2016 CO2 –水两相条件下砂岩致裂特征与有效应力 模型的试验研究 刘明泽，白 冰，李小春，高 帅，王 磊，伍海清 ( 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉 430071) 摘要：CO2 –水两相条件下的岩石力学行为是CO2 地质封存中的关键科学问题之一。利用自主研发的厚壁圆筒式 两相致裂仪进行 CO2 –水两相条件下砂岩压裂试验，并研究CO2 –水两相有效应力模型。通过向试样加载内压、 围压和轴压形成与井壁围岩类似的最小主应力为负的真三轴应力状态，采用半透隔板法进行CO2 驱水试验以精确 控制试样孔隙中 CO2 –水两相流体的组分压力和饱和度，最后通过内压致裂试样获得致裂压力。还进行了不同有 效围压下含单相水孔流试样的致裂试验，得到其致裂压与有效围压的拟合函数。为研究 CO2 –水两相有效应力模 型，选用 4 种可应用于岩石的非饱和介质有效应力公式与拟合函数联立推导得到破裂压力预测模型，与试验结果 对比以间接验证这 4 种有效应力公式对于表征 CO2 –水两相流体条件下有效应力的适用性。结果表明，考虑Biot 系数的 Bishop 非饱和有效应力模型能够较好地描述 CO2 –水两相流体下所测试砂岩的张性开裂行为，可直接作为 CO2 –水两相有效应力模型使用。 关键词：岩石力学；CO2 –水；张拉破坏；有效应力 中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000 –6915(2016)02 –0250 –10 Experimental study of fracturing characteristics of sandstone under CO -water 2 two-phase condition and effective stress model LIU Mingze ，BAI Bing ，LI Xiaochun ，GAO Shuai，WANG Lei ，WU Haiqing (State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering，Institute of Rock and Soil Mechanics ，Chinese Academy of Sciences ，Wuhan，Hubei 430071 ，China) Abstract ：The rock mechanical behavior under the two-phase pore fluid condition of CO2-water is one of the key scientific issues in geological storage of CO2 . The fracturing experiments of sandstone in two-phase fluid of CO2-water were conducted with the test device named hollow-cylinder tensile tester in two-phase fluid developed in-house. An effective stress model in two-phas