针对这一问题,岩土力学与工程国家重点实验室二氧化碳地质封存研究团队在断层内部(伊利石断层泥和页岩断层面)和断层外部(环向和轴向)埋设高精度光纤布拉格光栅传感器,采用恒静水围压应力模拟断层在原始地应力环境下,通过改变静水围压应力模拟断层受到应力扰动,结合压力脉冲法连续同步测量应力扰动下断层的内外部应变响应和渗透率演化规律。结果表明:应变和渗透率之间没有明显的关系,渗透率主要由有效应力控制;当原始地应力恒定时,未固结的断层泥会产生明显蠕变现象;渗透率演化规律与有效应力呈明显的指数关系。此外,发现当有效应力小于原始地应力时,断层会产生明显的界面流,类似于流体在断层破坏区的流动;当有效应力大于原始地应力时,断层泥的法向应变不仅控制着断层整体结构的体积应变,而且还控制着整体渗透率的演化规律;最后,在应力扰动下,断层厚度方向的变形最大。因此,当储层开发过程中无法避免对断层的扰动时,应首先避免断层泥厚度垂直方向的应力扰动。该研究为地质工程开发和建设中断层受到扰动时的断层封闭性和结构稳定性评价提供了技术和理论支持。
本研究成果得到国家自然科学基金项目(Nos. 41872210, 41274111, 41874113)和岩土力学与岩土工程国家重点实验室开放基金(No. Z018002)的共同资助。
论文链接:https://www.researchgate.net/publication/354087427
图1 样品制备及FBG传感器布设。a-e将直径0.2 mm的FBG传感器分别布设于内部断层面、内部断层泥、外部环向和外部轴向。f外部涂上硅胶,分隔孔压和围压体系
图2 应力扰动下断层应变的时程演化曲线。a-d分别是断层外部轴向、内部断层面、内部断层泥和外部环向的应变时程演化曲线
图3 应力扰动时应力、渗透率与体积应变的关系曲线