(一) 裂缝的基本参数

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钢筋混凝土构件裂缝宽度计算方法

钢筋混凝土构件裂缝宽度计算方法

钢筋混凝土构件裂缝宽度计算方法王元战;赵冲久;丁嵬;王军【摘要】裂缝宽度计算是混凝土裂缝控制的重要内容,由于相关影响因素很多,至今各国规范的裂缝宽度计算公式尚存在不小的差异。

文中分析国内外各种裂缝宽度计算理论中的几个代表性公式和有限元方法,通过实例计算对各种裂缝宽度计算公式与有限元方法和实验数据进行比较分析。

在荷载水平较低时各种方法的计算结果差异较小,与实验结果也比较吻合;在荷载水平较高时,各种方法计算结果差异较大,与实验结果差异更大。

最后,对现行《港口工程混凝土结构设计规范》采用的裂缝宽度计算公式提出了改进建议。

【期刊名称】《河南水利与南水北调》【年(卷),期】2008(26)4【总页数】6页(P111-116)【关键词】钢筋混凝土;裂缝宽度;计算方法【作者】王元战;赵冲久;丁嵬;王军【作者单位】天津大学建筑工程学院天津市港口与海洋工程重点实验室,天津300072;交通部天津水运工程科学研究院水工构造物检测诊断与加固技术实验室,天津300456;中交水运工程规划设计院有限公司,北京100007【正文语种】中文【中图分类】TU3751 基本参数的选择选取一简支梁为计算单元,计算跨度L0=6.00 m,净跨Ln=5.50m,均布荷载标准值qk=10 kN/m,截面尺寸高度×宽度=600mm×250mm,混凝土标号 C30,主筋5φ20(As=1570mm2),架立筋2φ16,箍筋φ8@200,钢筋保护层40 mm,露天环境,温暖地区。

2 最大裂缝限值2.1 《水工规范》最大裂缝限值《水工规范》规定,结构构件最大裂缝宽度限值与环境类别有关,其要求见表1。

表1 水工钢筋混凝土结构环境类别及最大裂缝宽度限值表环境类别环境条件最大裂缝宽度限值ωmin(mm)一室内正常环境 0.40二室内潮湿环境;露天环境;长期处于水下或地下的环境0.30三淡水水位变化区、有轻度化学侵蚀性地下水的地下环境;海水水下区 0.25四海上大气区;轻度盐雾作用区;海水水位变化区;中度化学侵蚀性环境 0.20五使用除冰盐的环境;海水浪溅区;重度盐雾作用区;严重化学侵蚀性环境 0.152.2 《公路规范》最大裂缝限值《公路规范》规定的结构构件最大裂缝宽度限值与环境类别见表2。

裂缝预测讲座PPT

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碳酸盐储层裂缝的预测
威远气田寒武系气藏洗象池组属于碳酸盐岩气藏,它的储集 空间主要是孔隙、构造缝以及在构造缝基础上改造形成的裂缝等 ,其中构造变形是储集层形成裂缝的主要因素。影响裂缝发育的 因素有很多,如岩层的厚度、脆性成分含量、孔隙度、构造变形 等,但是影响裂缝发育的关键因素还是构造变形程度。因此,当 储层在纵向上变化不大时,选用构造主曲率法对碳酸盐岩油气藏 裂缝发育及分布期次进行预测是可行的,计算结果主要反映现今 构造裂缝的展布情况。
三、海西旋回
在该旋回中影响到四川盆地范围的运动主要有泥盆纪末的柳江运动、石 炭纪末的云南运动和早、晚二叠世之间的东吴运动。其性质皆属升降运动, 造成地层缺失和上下地层间呈假整合接触。
四、印支旋回
早印支运动以拾升为主,早中三叠世闭塞海结束,海水退出上扬子地台, 从此大规模海侵基本结束,代之以四川盆地为主体的大型内陆湖盆开始出 现,是区内由海相沉积转为内陆湖相沉积的重要转折时期。早印支运动还 在盆地内出现了北东向的大型隆起和坳陷。
二、加里东旋回
加里东运动有三期:第一期在震旦纪末(桐湾运动),表现为大规模抬升, 灯影组上部广遭剥蚀,与寒武系间为假整合接触;
第二期在中晚奥陶世之间,但在四川盆地表现不明显; 第三期在志留纪末(晚加里东运动),是一次涉及范围广而且影响深远的地 壳运动。大型的隆起和坳陷以及断块的升降活动还是比较突出的,如贵州黔 中隆起和四川乐山-龙女寺隆起。
397.8 -580.7
215.7
168.2
90.8 -785.7
233.3 -667.7
242.6 -682.9
-909.7
-1133.7 -1024.7
-1098.7
-1182.7 -1037.7

混凝土结构变形裂缝宽度及混凝土结构耐久性计算

混凝土结构变形裂缝宽度及混凝土结构耐久性计算

第九章混凝土结构变形、裂缝宽度及混凝土结构耐久性计算概述对于超过正常使用极限状态的情况,由于其对生命财产的危害性比超过承载力极限状态要小,因此相应的可靠度水平可比承载力极限状态低一些。

正常使用极限状态的计算表达式为,Sk≤Rk作用效应标准值,如挠度变形和裂缝宽度,应根据荷载标准值和材料强度标准值确定。

以受弯构件为例,在荷载标准值产生的弯矩可表示为,Mk = CGGk+CQQk由于活荷载达到其标准值Qk的作用时间较短,故称为短期弯矩,其值约为弯矩设计值的50%~70%。

由于在荷载的长期作用下,构件的变形和裂缝宽度随时间增长,因此需要考虑上式中长期荷载的影响,长期弯矩可表示为,Ml = CGGk+yqCQQkyq为活荷载准永久系数9.1 钢筋混凝土受弯构件的挠度验算9.1.1 截面弯曲刚度的概念定义对混凝土受弯构件,混凝土受弯构件的截面抗弯刚度不为常数而是变化的,其主要特点如下:(1)在裂缝出现前,曲线与直线OA几乎重合,因而截面抗弯刚度仍可视为常数,并近似取0.85EcI。

当接近裂缝出现时,即进入第1阶段末时,曲线已偏离直线,逐渐弯曲,说明截面抗弯刚度有所降低。

出现裂缝后,即进入第Ⅱ阶段后,曲线发生转折,截面抗弯刚度明显降低。

钢筋屈服后进人第Ⅲ阶段,此阶段M增加很少,截面抗弯刚度急剧降低。

(2)随配筋率的降低而减小,截面尺寸和材料都相同的适筋梁,配筋率大的,其M—曲线陡些,变形小些,相应的截面抗弯刚度大些;反之,截面抗弯刚度就小些。

(3)沿构件跨度,截面抗弯刚度是变化的,即使在纯弯区段,各个截面承受的弯矩相同,但曲率也即截面抗弯刚度却不相同,裂缝截面处的小些,裂缝间截面的大些。

(4)随加载时间的增长而减小,对一个构件保持不变的荷载值,则随时间的增长,截面抗弯刚度将会减小,但对一般尺寸的构件,三年以后可趋于稳定。

在变形验算中,除了要考虑荷载的短期效应组合以外,还应考虑荷载的长期效应组合的影响,对前者采用短期刚度Bs,,对后者则采用长期刚度B 。

建筑工程技术之混凝土裂缝的成因与控制

建筑工程技术之混凝土裂缝的成因与控制

建筑工程技术之混凝土裂缝的成因与控制摘要:混凝土在土木工程中担当着重要的角色。

而它的成分有凝固胶性材料、颗粒形状骨料(也称骨料)、水和添加剂等。

制作时按照标准比例配制,混合后再进行搅拌、压实、成型并在维护过程中硬化成型的一种人工石材。

然而,混凝土裂缝也伴随着混凝土成型过程一起出现,严重影响了工程质量,只有总结混凝土裂缝存在的问题,分析其原因,才能全面提高工程的施工质量和使用性能。

本文从混凝土裂缝为何会产生以及产生前如何去控制,产生后如何处理,并且提出了如何提高混凝土质量水平,以达到控制少混凝土裂缝产生的机率。

前言对于建筑工程施工工艺工法来说,只有保证混凝土施工质量是永恒不变的核心,而这其中混凝土裂缝的产生是导致质量降低的主要原因,产生这个现象的因素很多,比如温度的应力、混凝土浇筑过程中振捣不密实、混凝土浇筑完成后养护不到位、混凝土中灰水含量比不标准等等。

由于放任混凝土裂缝不断发展,必然会让混凝土里面的钢筋和一些其他材料被各种因素腐蚀掉,从而降低里面钢筋的耐久性和防水性能,造成了混凝土承受荷载的能力、耐久性和防水性降低。

直接影响建筑物的功能、感观以及使用寿命。

很多建筑工程后期发生质量问题大多数都是因为混凝土裂缝,它的存在使混凝的使用时限大大降低,并且很容易发生质量安全事故,因此,为了解决这个重大问题必须设置针对性的措施,在实际施工中,为降低混凝土裂缝产生的机率,我们必须深入探究了解混凝土为什么会产生混凝土裂缝,以求达到有目的预防措施和处理办法。

一、混凝土裂缝的成因当混凝土内部结构出现没有规则形的裂缝,它带来的危害特别大,不但会降低混凝土本身的耐久性和寿命,还会降低混凝土的承载能力以及安全性能。

同时混凝土裂缝也会使成型工程功能得不到有效发挥,混凝土中的裂缝形式是各种各样的原因造成的。

(一)混凝土材料搭配不合理混凝土是由水泥、水、砂、石等材料,按照适当的配比搅拌均匀而成。

混凝土性能被影响很大一部分因素来自于选用的原始材料以及其含量。

常见的混凝土裂缝检测技术

常见的混凝土裂缝检测技术

常见的混凝土裂缝检测技术标题:常见的混凝土裂缝检测技术介绍:混凝土在建筑和基础设施工程中扮演着重要的角色,然而,随着时间的推移,混凝土可能会出现裂缝。

这些裂缝可能会对结构的强度和稳定性产生负面影响,因此,检测和评估混凝土裂缝的技术变得至关重要。

本文将深入探讨常见的混凝土裂缝检测技术,旨在提供对这一主题的全面理解。

一、目视检查目视检查是最简单、最常用的混凝土裂缝检测技术之一。

通过寻找裂缝的可见迹象,如表面开裂、断裂或位移,来评估混凝土的状况。

然而,目视检查的主要限制在于它只能检测到肉眼可见的裂缝,并且无法提供关于裂缝的详细性质和深度的信息。

二、光学显微镜检测光学显微镜检测是一种常用的混凝土裂缝检测技术,它通过放大并观察裂缝的显微结构来获取更详细的信息。

这种技术通常需要将混凝土样品切割成薄片,并在显微镜下观察裂缝的形态特征。

光学显微镜检测可以提供关于裂缝的宽度、长度和形状的定量数据,但它在处理大规模混凝土结构时往往效率较低。

三、声波检测声波检测技术利用声波在材料中传播的特性来评估混凝土的质量和裂缝情况。

其中一种常用的声波检测方法是超声波探测。

超声波在材料中传播时,会受到裂缝等缺陷的干扰,从而产生反射和散射。

通过测量超声波的传播速度、幅度和能量衰减等参数,可以推断混凝土的裂缝情况。

声波检测技术非常适合用于大型结构的检测,并且可以提供定量的裂缝评估数据。

四、测量变形检测测量变形检测技术是一种通过测量混凝土结构的形变和位移来评估裂缝情况的方法。

常见的测量变形方法包括激光扫描仪、全站仪和位移传感器等。

这些仪器可以实时监测结构的变形,并提供定量的裂缝位移数据。

测量变形检测技术对于评估混凝土裂缝的发展和演变非常有价值,并且可以应用于实际的结构监测和维护中。

五、无损检测无损检测技术是一种非破坏性的混凝土裂缝检测方法,它通过使用电磁、超声波、红外线或拉伸等能量源来评估混凝土的质量和裂缝情况。

无损检测技术可以在不破坏混凝土结构的情况下获取信息,并且能够提供从表层到深层的全面评估。

简述裂缝观测的内容及方法

简述裂缝观测的内容及方法

简述裂缝观测的内容及方法一、简述裂缝观测的内容裂缝观测是指对建筑物或者其他工程结构中出现的裂缝进行检测和分析的过程。

主要目的是为了及时发现和解决结构中存在的问题,保证结构的安全性和稳定性。

裂缝观测的内容主要包括裂缝位置、形态、长度、宽度、深度等方面。

二、裂缝观测的方法1. 视觉检查法视觉检查法是最基本的一种裂缝观测方法,通过肉眼对建筑物或者其他工程结构进行检查,记录下裂缝位置和形态等信息。

这种方法适用于对较小规模的建筑物或者结构进行检测。

2. 测量仪器法测量仪器法是一种比较精确的裂缝观测方法。

常用仪器有激光扫描仪、全站仪、经纬仪等。

通过使用这些仪器可以精确地测量出裂缝长度、宽度和深度等参数,并且可以将数据保存在电脑上进行分析。

3. 录像监控法录像监控法是一种实时监控裂缝变化情况的方法。

通过安装摄像头对裂缝进行拍摄,并且将数据传输到中央处理器上进行分析。

这种方法可以实时监测裂缝的变化情况,及时发现问题并采取措施。

4. 声波检测法声波检测法是一种利用声波对裂缝进行检测的方法。

通过将声波传输到建筑物或者结构中,利用接收器接收回来的信号进行分析,从而判断出裂缝的位置和形态等信息。

这种方法可以对深度较大的裂缝进行检测。

5. 红外线扫描法红外线扫描法是一种通过红外线对建筑物或者结构进行检测的方法。

通过使用红外线扫描仪可以精确地测量出建筑物或者结构表面温度分布情况,从而判断出是否存在异常情况,进而发现裂缝等问题。

三、裂缝观测的注意事项1. 在进行裂缝观测之前需要对仪器设备进行校准和调试,确保其精度和稳定性。

2. 在使用仪器设备时需要按照说明书进行操作,并且注意安全事项。

3. 在记录数据时需要准确地记录裂缝的位置、形态、长度、宽度和深度等参数,并且需要保证数据的可靠性。

4. 在进行裂缝观测时需要注意环境因素的影响,如温度、湿度等因素可能会对观测结果产生影响。

5. 在发现异常情况时需要及时采取措施,避免出现安全事故。

预裂爆破

预裂爆破进行石方开挖时,在主爆区爆破之前沿设计轮廓线先爆出一条具有一定宽度的贯穿裂缝,以缓冲、反射开挖爆破的振动波,控制其对保留岩体的破坏影响,使之获得较平整的开挖轮廓,此种爆破技术为预裂爆破。

预裂爆破不仅在垂直、倾斜开挖壁面上得到广泛应用;在规则的曲面、扭曲面、以及水平建基面等也采用预裂爆破。

预裂爆破要求:(1)预裂缝要贯通且在地表有一定开裂宽度。

对于中等坚硬岩石,缝宽不宜小于1. 0cm;坚硬岩石缝宽应达到0.5cm左右;但在松软岩石上缝宽达到1.0cm以上时,减振作用并未显著提高,应多做些现场试验,以利总结经验。

(2)预裂面开挖后的不平整度不宜大于15cm。

预裂面不平整度通常是指预裂孔所形成之预裂面的凹凸程度,它是衡量钻孔和爆破参数合理性的重要指标,可依此验证、调整设计数据。

(3)预裂面上的炮孔痕迹保留率应不低于80%,且炮孔附近岩石不出现严重的爆破裂隙。

预裂爆破主要技术措施如下:(1) 炮孔直径一般为50~200mm,对深孔宜采围较大的孔径。

(2)炮孔间距宜为孔径的8~12倍,坚硬岩石取小值。

(3)不耦合系数(炮孔直径d与药卷直径d0的比值)建议取2~4,坚硬岩石取小值。

(4)线装药密度一般取250~400g/m。

(5)药包结构形式,目前较多的是将药卷分散绑扎在传爆线上(图1-21)。

分散药卷的相邻间距不宜大于50cm和不大于药卷的殉爆距离。

考虑到孔底的夹制作用较大,底部药包应加强,约为线装药密度的2~5倍。

(6)装药时距孔口1m左右的深度内不要装药,可用粗砂填塞,不必捣实。

填塞段过短,容易形成漏斗,过长则不能出现裂缝。

预裂爆破和光面爆破为保证保留岩体按设计轮廓面成型并防止围岩破坏,须采用轮廓控制爆破技术。

常用的轮廓控制爆破技术包括预裂爆破和光面爆破。

所谓预裂爆破,就是首先起爆布置在设计轮廓线上的预裂爆破孔药包,形成一条沿设计轮廓线贯穿的裂缝,再在该人工裂缝的屏蔽下进行主体开挖部位的爆破,保证保留岩体免遭破坏;光面爆破是先爆除主体开挖部位的岩体,然后再起爆布置在设计轮廓线上的周边孔药包,将光爆层炸除,形成一个平整的开挖面。

Petrel裂缝分析与裂缝建模技术-工程课件-精心整理

Petrel 裂缝分析与裂缝建模技术Petrel 裂缝分析与裂缝建模技术1.裂缝型油气藏分布及裂缝认识方法1)低渗油藏的主要特点2)裂缝认识方法:通常我们容易在岩心描述数据中获得厘米级的裂缝数据,在地震断层数据中获得公里级的裂缝数据,在露头数据中获得米级、十米级的裂缝数据。

2.裂缝建模理论基础3.裂缝建模理论难点4.Petrel软件裂缝建模1)裂缝强度曲线生成2)裂缝古构造挠曲度分析3)裂缝与断层距离分析4)开发动态对裂缝发育的认识5)裂缝发育方向分析6)裂缝强度属性模拟7)裂缝强度约束下的DFN模拟8)模型粗化5. 影响裂缝发育的地质因素很多,各种因素互相作用,使裂缝分布难以预测。

一般从三个角度来进行,一是针对构造应力场和曲率,二是用统计地质学预测井间裂缝分布,三是充分利用地震资料预测裂缝的空间分布。

裂缝性储层地质建模技术1、裂缝表征参数描述1)裂缝的倾角频率分布图2)裂缝的间距分布图3)裂缝的方位分布图2、裂缝的测井识别3、裂缝的空间分布预测1)构造恢复法2)有限元法3)光弹模拟实验裂缝建模软件ReFract简介1、目前有哪些裂缝建模技术1)地质力学模拟(Geomechanical Modeling)模拟过程极为复杂。

主要依据是构造恢复。

过分简化了裂缝成因,只考虑构造变形,而忽视了岩性分布、岩石物性、和其他复杂地质现象对裂缝发育的影响。

2)离散裂缝网络(Discrete Fracture Network,DFN)对裂缝的模拟采用离散的方法。

非常依赖井中成像数据。

可以较精确的模拟近井位置的裂缝分布,对远离井位的裂缝描述精度较差。

只能使用地质与地震属性的二维分布图来制约裂缝模型的生成。

因此,只适合有大量成像井的区域,而不适合少井的勘探区域。

3)连续裂缝分布模型(Continuous Fracture Models,CFM)与传统地质建模相同的三维空间网格。

裂缝属性分布在整个三维空间,是真正意义上的三维裂缝分布模型。

开裂荷载计算

开裂荷载计算在材料力学和结构工程中,开裂荷载是一个至关重要的参数。

它关系到结构的安全性能和使用寿命。

那么,如何准确地进行开裂荷载计算呢?下面,我们就来详细探讨一下这个问题。

一、开裂荷载的基本概念开裂荷载,顾名思义,是指结构在受到外力作用时,开始出现裂缝的最小荷载。

这个参数对于评估结构的承载能力和稳定性至关重要。

在实际工程中,开裂荷载的计算通常需要考虑材料的性质、结构的几何形状、边界条件等多个因素。

二、开裂荷载计算的基本原理开裂荷载的计算主要基于弹性力学和塑性力学的原理。

在弹性阶段,结构受力后能够完全恢复原形;而在塑性阶段,结构受力后将产生永久变形。

开裂荷载的计算需要确定结构从弹性阶段过渡到塑性阶段的临界点。

具体来说,开裂荷载的计算可以分为以下几个步骤:1. 确定结构的几何形状和尺寸;2. 选择合适的材料模型,确定材料的弹性模量、屈服强度等参数;3. 根据结构的受力情况,建立力学模型;4. 利用弹性力学或塑性力学的原理,求解力学模型,得到开裂荷载。

三、开裂荷载计算的具体方法开裂荷载的计算方法因结构类型和受力情况的不同而有所差异。

下面,我们以几种常见的结构为例,介绍开裂荷载的具体计算方法。

1. 梁的开裂荷载计算对于受弯梁,开裂荷载的计算通常基于弯曲正应力的分布。

首先,根据梁的几何形状和受力情况,绘制弯矩图;然后,根据材料的性质和梁的截面形状,计算截面的抗弯刚度;最后,结合弯矩图和抗弯刚度,确定梁的开裂荷载。

2. 板的开裂荷载计算对于受弯板,开裂荷载的计算需要考虑板的弯曲和剪切变形。

与梁的计算类似,首先需要绘制板的弯矩图和剪切力图;然后,根据材料的性质和板的厚度,计算板的抗弯刚度和剪切刚度;最后,结合弯矩图、剪切力图和刚度参数,确定板的开裂荷载。

3. 壳体的开裂荷载计算壳体结构在工程中广泛应用,如压力容器、储罐等。

对于这类结构,开裂荷载的计算需要考虑壳体的薄膜应力和弯曲应力。

首先,根据壳体的几何形状和受力情况,建立力学模型;然后,利用弹性力学的原理,求解力学模型,得到壳体的应力分布;最后,结合材料的性质和应力分布,确定壳体的开裂荷载。

裂缝计算

8.2.2 裂缝宽度计算理论对于裂缝问题,尽管自20世纪30年代以来各国学者做了大量的研究工作,提出了多种计算理论,但至今对于裂缝宽度的计算理论并未取得一致的看法。

这些不同观点反映在各国关于裂缝宽度的计算公式有较大差别。

但我们可以从这些不同的观点中理解和体会影响裂缝宽度的各种因素,为我们有效地控制构件的裂缝宽度提供理论基础。

从目前的裂缝计算模式上看,计算理论大致可以分为四类:第一类是经典的粘结—滑移理论;第二类是无滑移理论;第三类是一般裂缝理论;第四类是试验统计模式。

目前我国《混凝土结构设计规范》(GB50010)采用的是以一般裂缝理论为指导,结合大量试验结果而形成的裂缝计算公式。

而《公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ023)结合影响裂缝宽度的各主要因素分析,采用的是以试验统计得到的计算公式。

◆粘结-滑移理论粘结—滑移理论是由R. Saligar于1936年根据钢筋混凝土拉杆试验提出的,一种最早的裂缝理论,直至60年代中期这个理论还一直被广泛的接受应用。

这一理论认为,裂缝的开展是由于钢筋与混凝土之间不再保持变形协调,出现相对滑移而产生的。

因此裂缝宽度等于裂缝间距范围内钢筋和混凝土的变形差。

而裂缝的间距取决于钢筋与混凝土间粘结应力的大小与分布。

粘结应力越大,混凝土拉应力沿构件纵向从零增大到其极限抗拉强度所需的粘结传递长度会越短,裂缝的间距也就越短,裂缝宽度越小,此时裂缝“密而多”;反之,裂缝“疏而稀”,裂缝宽度越大。

由粘结—滑移理论得到的两个基本公式如下(如何根据以上条件推导出来的?)(8-2)(8-3)式中lm --平均裂缝间距;Wm--平均裂缝宽度;d --纵向受拉钢筋直径;ρte--(=As/Ate )按有效受拉混凝土面积计算的配筋率;,--平均裂缝间距内钢筋和混凝土的平均拉应变。

Ate--有效受拉区混凝土的截面面积,对受弯构件,取二分之一截面高度以下的面积。

对于矩形截面, Ate=0.5bh;倒T形截面,则Ate=0.5bh-(bf-b)hf 。

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(一)裂缝的基本参数对于一个裂缝组系来说,裂缝的基本参数是指裂缝的宽度、大小、产状、间距、密度、充填性质等。

这些参数可在野外露头和岩心上直接测量,也可以利用测井资料间接求取。

1. 裂缝宽度(张开度)裂缝宽度,也叫张开度(或叫开度),是指裂缝壁之间的距离。

这个参数是定量描述裂缝的重要参数,它与裂缝孔隙度和渗透率,特别是渗透率的关系很大。

裂缝宽度可以在露头表面、岩心及铸体薄片上直接测得,也可以通过测井间接求取。

斯伦贝谢公司A. M. Sibbitt et al. (1985)仅对最简单的一条裂缝(水平或垂直)用二维有限元法进行了数值计算,得出双侧向测井解释方法。

他们没有考虑不同角度、多组裂缝的情况,得到了计算一条裂缝宽度的公式。

垂直裂缝:油气田开发地质学水平裂缝:油气田开发地质学式中:b——裂缝宽度,mm;C LLD,C LLS——深、浅双侧向电导率,S/m;C m ——泥浆电导率,S/m;C b——基质电导率,S/m。

周文(1998)提出了垂直(近垂直)裂缝的双侧向测井计算公式:油气田开发地质学式中:b——裂缝宽度,μm;g d,g s——深、浅双侧向几何因子;α——裂缝平均倾角,(°);D d,D s——深、浅双侧向电极探测深度(根据测量仪系列选定),m;r——井筒半径,m;H——侧向测井聚集电流层厚度,m;R LLD,R LLS——深、浅双侧向电阻率,Ω·m;R m——泥浆电阻率,Ω·m。

2. 裂缝的间距裂缝间距是指两条裂缝之间的距离。

对于岩石中同一组系的裂缝,应对其间距进行测量。

所谓同一组系裂缝,是指那些具有成因联系、产状相近的多条裂缝的组合。

裂缝间距变化较大,由几毫米可变化到几十米。

裂缝间距小于井径时,要在岩心上进行观测,并统计裂缝的间距。

观测过程中要注意不同岩性中裂缝间距的变化和裂缝间距的级别。

裂缝间距大于井径时,在岩心上是无法直接观测裂缝间距的,因而至今尚无一种较好的估算裂缝间距的方法。

Narr (1994)提出了根据岩心资料估算地下裂缝间距的概率统计方法,称为裂缝间距指数法。

大量野外露头观测表明,在一套岩石性质相同的岩层中,裂缝间距(S)与裂缝所在层的层厚(T)呈线性关系。

Narr定义裂缝所在层的层厚与裂缝间距之比为裂缝间距指数(I):I=T/S对于同一种岩性,I是常数。

缝所在层愈厚,裂缝间距愈大;缝所在层愈薄,裂缝间距愈小。

对于不同的岩性,若层厚相同,则I愈大,裂缝间距愈小,裂缝愈发育,或者密集;I愈小,裂缝间距愈大,裂缝愈不发育或者稀疏。

Narr认为,可利用岩心上一套岩性大致相同的岩层中各层(出现裂缝的和未出现裂缝的层)的层厚和出现裂缝层的层数计算裂缝间距,这就是裂缝间距指数法(图4-36)。

图4-36 钻孔穿透4层岩性大致相同、层厚不同的岩层裂缝分布示意图裂缝间距指数法的具体步骤是:(1)在研究区,根据几口井岩心观测到的同一层位、岩性大致相同、同一方向裂缝的层厚、裂缝发育层数、岩心直径、岩心轴与层面和裂缝的夹角等编制E-I 关系曲线(图4-37)。

这条曲线是依据一系列裂缝层数、层厚及计算出的相应裂缝间距指数而得到的,也称为理论曲线。

应该对研究区常见的每种岩石类型和不同方位的裂缝分别编制E-I曲线,因为裂缝间距指数法计算裂缝间距指数或裂缝间距时是对每种岩性、每组裂缝单独进行的。

(2)只要确定岩心上裂缝层数(E)投到E-I理论曲线上,就可得到相应的裂缝间距指数。

应用裂缝间距指数法对同一地区多口井同一层位(岩性)的分析,可作出研究区裂缝间距指数等值线图,根据该图可预测研究区裂缝的发育程度,并做出地质解释。

对同一井裂缝间距指数的分析可以判断裂缝的发育程度与岩性和裂缝方位的关系。

这对裂缝的定量描述和预测都有十分重要的意义。

裂缝间距指数法的优点在于:(1)在可分辨裂缝方位的情况下,可分组分岩性确定裂缝间距;(2)考虑了影响裂缝间距的两个主要因素,即岩性和层厚;(3)能较客观地反映裂缝的发育程度。

图4-37 E-I关系曲线(据Narr,1984)D—井径;θ和β—岩心轴与层面和裂缝的夹角;T—不同力学性质的层厚3. 裂缝密度裂缝密度反映了裂缝的发育程度,是十分重要的裂缝参数。

它与裂缝孔隙度和渗透率直接相关。

根据测量的参照系的不同,可分为3种密度类型。

(1)线性裂缝密度(L fD,简称线密度)指与一条直线(垂直于流动方向的直线或岩心中线)相交的裂缝条数与该直线长度的比值:油气田开发地质学式中:L fD——线性裂缝密度,也称为裂缝频率或裂缝率,m-1;L B——所作直线的长度,m;n f——与所作直线相交的裂缝数目,条。

(2)面积裂缝密度(A fD,简称面密度)指流动横截面上裂缝累计长度(L)与该横截面积(S B)的比值:油气田开发地质学式中:A fD——面积裂缝密度,m-1;L——裂缝总长度,m;n f——裂缝总条数,条;l——裂缝平均长度,m:S B——流动横截面积. m2。

(3)体积裂缝密度(V fD,简称体密度)指裂缝总表面积(S)与岩石总体积(V B)的比值:油气田开发地质学式中:V fD——体积裂缝密度,m-1;S——裂缝总表面积,m2;V B——岩石总体积,m3。

上述3种裂缝密度的单位均为长度的倒数,常以m-1来表示。

裂缝体积密度是静态参数,而面积密度和线性密度都与流体流动的方向有关。

在油田,也常把每米岩心上见到的裂缝条数或长度定义为裂缝密度。

影响裂缝密度的因素很多,其中地质因素有岩石成分、粒度、孔隙度、层厚及构造位置等。

总的来说,相对坚硬、致密、层薄的岩层,在应力集中或曲率大的构造部位具有较高的裂缝密度。

利用岩心是计算油田裂缝密度的主要途径。

T·D·范高尔夫-拉特(1989)推导了基于理想模型的裂缝密度和基于岩心模型的裂缝密度计算方法。

后一种方法更符合油田实际,介绍如下。

体积裂缝密度的表达式为:油气田开发地质学式中:S i——单一裂缝表面积,可由裂缝参数通过计算获得,m2;V t——计算单元内岩心柱体积,其值等于πD2H/4,其中,H——计算单元内岩心长度,通常为0.5m,与侧向测井分辨率相匹配,D——岩心直径,m。

体积裂缝密度的定量计算关键在于裂缝面积的定量计算。

根据裂缝与岩心的交切关系,推导计算裂缝面积的数学表达式如下:当裂缝倾角0°≤αi <90°,且裂缝与岩心的交切较为规则时(图4-38A):油气田开发地质学式中:αi——裂缝倾角,L i——裂缝倾向长度,m;D——岩心直径,m。

当裂缝倾角为0°≤αi <90°,且裂缝与岩心交切不规则时(图4-38B),设裂缝切割岩心的弧长为M,则油气田开发地质学式中:M——裂缝切割岩心的弧长,m;其他参数同上。

当裂缝倾角为αi=90°时(图4-38 C):S i=L i C i式中:C i——裂缝走向长度;其他参数同上。

由上3式可计算出各种情况下的裂缝面积,由此计算出岩心裂缝体积密度。

图4-38 裂缝切入岩心的几种方式4. 裂缝产状裂缝产状指裂缝的走向、倾向及倾角。

在岩心描述中,根据裂缝与岩心横截面的夹角将裂缝分为4个类别:◎水平缝:夹角为0°~15°。

◎低角度斜交缝:夹角为15°~45°。

◎高角度斜交缝:夹角45°~75°。

◎垂直缝:夹角为75°~90°。

裂缝产状有助于裂缝的预测,且在油藏开采过程中对流体流动有很大的影响,因此准确测定裂缝产状(走向、倾向和倾角)对于注采井排方向选择具有十分重要的意义。

确定裂缝产状的方法主要有如下:(1)直接露头测量;(2)定向岩心测量;(3)古地磁定向测量。

古地磁确定裂缝走向的方法如下(图4-39):(1)在岩心上,垂直于裂缝方向画平行的标志线,并在每块岩心上钻取2~3个古地磁样(直径25 mm,高22mm)。

(2)测出岩石原生剩磁方向,并取平均值,把平均剩磁走向标在岩心截面上,量出它与标志线的夹角θ。

(3)根据剩磁走向与标志线的关系,可分别确定裂缝相对于剩磁的走向为(90°-θ)或(90°+θ)。

图4-39 裂缝走向确定示意图(4)侧向测井。

用双侧向测井识别产状:r=(R LLD-R LLS)/(R LLD R LLS)1/2式中:r——裂缝倾角指数;R LLD,R LLS——深、浅双侧向电阻率,Ω·m。

r>0.1时裂缝产状为垂直,r<0时裂缝产状为低角度,r=0~0.1时裂缝产状为高角度。

(5)成像测井。

在井壁成像图上(FMS)可以清楚看见深黑色的裂缝,也可以看到地层的层理和地层倾角。

当选定某一裂缝(或地层层面)时,只要读出成果图中任意一组3个点的数据就可以得到裂缝的产状和方位(图4-40)。

图4-40 FMS确定裂缝产状斜交裂缝在图像上出现类似正弦状的弯曲界面,只要量出正弦曲线的高度差H (极大值与极小值之间的高程差)与该深度点的井径值d,就可以按下式计算裂缝视倾角:油气田开发地质学5. 裂缝的性质裂缝的性质主要涉及裂缝张开与闭合性质、裂缝充填情况和裂缝壁特性等。

根据裂缝的张开与闭合性质及充填情况,可将裂缝分为4类。

◎张开缝:缝宽较大,基本无充填物,为有效裂缝,流体可在其中流动。

◎闭合缝:基本闭合,基本无充填物。

对这类裂缝的有效性要慎重分析。

在油藏条件下充满流体的张开裂缝,当取心至地面或因构造运动抬升至地面时,由于孔隙压力被释放,裂缝宽度可能变小甚至闭合。

因此,在岩心和地面露头上观察到的闭合裂缝在油藏条件下有可能是张开的,即有效的。

另外,即使在地下条件下为闭合的裂缝,当油田注水开发或在压裂过程中,这些裂缝可能会被启动而张开。

◎半充填缝:裂缝间隙被充填物部分地充填。

常见的充填矿物有石英、方解石和泥质。

实际的有效裂缝为未被矿物充填的部分空间。

这类裂缝也是有效缝。

◎全充填缝:裂缝完全被充填物质充填,有效缝宽为零,为无效缝。

实际上,这种裂缝是流体渗流的隔板。

对于裂缝的开启和闭合,或者说影响裂缝开启、闭合的因素,过去没有进行过系统的、定量的研究。

一般认为裂缝的开启和闭合与裂缝的力学性质、裂缝的埋深、裂缝面上的正应力以及岩石力学性质有关。

Nelson曾指出,裂缝的开启和闭合与岩石的强度、脆性和塑性有关,这些性质又由深度、应变率、应力大小、岩性及结构等因素所决定。

Nelson认为,在强度较大、脆性较大的岩石中趋向于产生擦痕面裂缝;而形成开启裂缝的岩石应比具擦痕裂缝的岩石具有更大的强度和相对高的脆性。

6. 裂缝的延伸长度和切层深度裂缝的延伸长度和切层深度是研究程度最低的参数。

因为即使在露头区,对级别较大的裂缝也无法直接观测到这两个参数。

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