裂缝优化（通用5篇）
裂缝优化 篇1
前言
所谓的混凝土就是利用各种建筑材料进行组成的建筑应用材料, 其实现了好几种材料的搭配, 比如水泥、水及其天然砂等。在其应用过程中, 通过对相关类型的外加剂的应用, 保证混凝土整体质量的提升, 从而解决混凝土硬化过程中的各个问题, 解决其裂缝的问题, 实现水泥石抗拉强度的提升。通过对荷载环节及物理化学应用环节的分析, 可以展开混凝土裂缝问题的解决。
1 关于混凝土裂缝产生原因的分析
在日常生活中, 影响混凝土裂缝问题出现的因素是比较多的, 比较常见的有混凝土的收缩问题。这需要进行相关应用模式的分析, 受到水泥的抗裂性能的影响, 混凝土的收缩力会发生相关的变化, 从而影响了水泥的碱含量, 在水泥材料中, 其具备越高的碱, 其水泥也就越细, 当然了如果其具备超标的C3S含量, 它的抗裂性能就是比较低, 从而影响了现实混凝土强度的提升, 这样会严重影响混凝土的收缩性能。当然了, 一般来说, 受到泵送混凝土的自身性质影响, 它是非常容易产生裂缝的, 需要引起我们的专注, 展开混凝土收缩问题的分析。实验研究证明, 硬化前的收缩率和硬化的收缩率是10-30倍之差。因此, 在浇筑桥体混凝土时, 桥体表面温度相对较高, 混凝土中的水量蒸发很大, 导致其很快硬化, 而内部混凝土却为硬化。当未硬化的混凝土变形到一定程度时, 表层硬化就被拉裂。混凝土结构受力裂缝, 在荷载作用下的混凝土构件, 特别是混凝土梁下部受拉区比较容易出现裂缝, 加之混凝土抗拉能力相对较弱, 这使得局部的拉伸就会产生裂缝, 钢筋保护层的开裂虽然不影响结构的安全, 但是钢筋的锈蚀却是不可避免, 会导致使用年限降低。
通过对混凝土化学反应的分析, 可以进行混凝土裂缝问题的解决。受到应用材料的自身物理性质的影响, 混凝土内部会进一系列的化学反应, 比如在水、外加剂及其水泥等材料的配合之下, 会进行一系列的反映。受到锈蚀的影响, 钢筋表面会产生裂缝, 这些裂缝逐渐的增多, 会提升钢筋的腐蚀速度, 从而不利于其保护层保护。同时, 碱骨料也会导致裂缝的产生, 二氧化硅发生的化学反应的生成物导致体积膨胀, 从而引发裂缝。温度裂缝, 对于大体积混凝土在浇筑后, 初凝过程中因水化热得不到及时散发和排放, 导致混凝土内部温度较高, 内外温差较大, 使混凝土的变形超过极限引起裂缝。
2 关于混凝土裂缝防治问题的分析
2.1 通过对混凝土的内部裂缝结构的分析, 可以确保其力学性能的优化, 确保其工程的整体应用性能的分析, 这样有利于针对现实混凝土的裂缝问题展开分析, 进行一系列的应对措施的开展。受到混凝土内部的化学反应的影响, 工程表面是非常容易出现开裂的, 如果不能很好的控制住这种现象, 就可以出现结构的使用耐久性的降低。为了满足建筑物综合性能提升的需要, 制定一整套防治措施是非常必要的。为了满足上述工作的需要, 展开防治体系的健全是当下工作开展的重难点。为了确保不发生沉降, 要做好模板、支架及各支撑处基础和地基处理。如果有条件, 桥梁墩台混凝土应一气浇灌, 不设施工缝。在混凝土初凝前, 进行二次振捣。在满足使用要求的基础上, 建筑平面早些力求简单;其次, 严格控制建筑物的长高比, 调整不均匀的沉降能力和增加整体刚度。正确适当的设置沉降缝、变形缝, 位置宽带。控制混凝土保护层的厚度, 不宜过厚或过薄。应采用加筋砌体来构建砖混结构底层窗台下。构件配筋要合理, 间距要适当。
通过对水泥品种的选择, 可以实现现实混凝土裂缝问题的解决, 这需要我们针对水泥的品种展开分析, 控制, 探究, 进行水泥的抗裂性能的深入分析, 确保其良好的水泥品种的选择, 这样可以实现其水化热的控制, 进行内外温差的优化。通过一系列的应用实践, 我们得知硅酸盐水泥的应用效果比较好。为了实现混凝土的流动性的提升, 确保其抗渗性能的保持, 我们要选择合适的外加剂, 这是非常重要的环节, 对于混凝土泵送性能的提升是非常必要的。降低水化热, 降低水泥和水的用量, 减少温度裂缝。骨料的选择。在增大粗骨料比例的基础上, 并保持骨料良好的级配, 减少孔隙率, 增加密实度, 这可以有效地减少胶结材料的数量, 降低水化热和减少收缩, 提升整体性能。水灰比的控制。为了保证混凝土的泵送性能, 水灰比一般控制在0.4~0.6之间, 不宜过小, 同时单方用水量控制在170kg/m3以内。对抗裂有较高要求的, 可采用在混凝土中加入纤维如钢纤维、杜拉纤维等提高混凝土抗裂性能。
2.2 为了满足混凝土的质量, 我们有必要展开预拌混凝土质量环节的优化, 特别是在桥梁工程的建设施工建设过程中, 要确保混凝土的自身均匀性、密实性的控制, 确保混凝土收缩环节的优化。这需要我们进行混凝土泵送施工体系的健全。在施工过程中, 首先要保证混凝土材料的质量, 只有把好原材料的关卡, 才能确保下序环节的开展, 在结合合适的掺合剂的应用, 就可以实现混凝土的均匀性的保持。商品混凝土要严格控制混凝土坍落度, 到施工现场后应逐车检查泵车泄料口混凝土坍落度, 对坍落度大的混凝土车坚决退场, 以保证砼半成品的质量。控制混凝土车运输、停留时间, 防止因运输、停留时间过长造成坍落度损失。对于面积较大的版面, 对浇筑后混凝土在振动界限前用平板振动器给予二次振捣, 能够防止采用振动棒振捣导致的局部密实不均匀。
在桥梁工程建设过程中, 混凝土的养护工作也是工程的应用重点, 我们需要进行混凝土内外温升的控制, 实现混凝土的表面温度的控制, 实现大体积混凝土的有效养护, 这需要具备良好的湿度环境及其温度环境, 进行混凝土热扩散条件的应用, 从而实现内外温差的控制。在初凝阶段及其终凝阶段, 我们要做好相关的控制工作, 避免其混凝土表面温度的过度降低, 因为这会引起收缩裂缝问题的出现。我们要控制住混凝土浇筑时间, 大约要保持三到五天, 在该程序后, 再进行塑料薄膜的覆盖。时间不少于两周, 养护工作要派专人负责。由于混凝土在桥梁建筑中, 多作为基础、承台或者梁柱等重要结构部分, 因此控制混凝土施工裂缝的产生对于确保建筑物或者构筑物施工质量, 提高其可靠性具有重要的作用。合理的选择混凝土生产原材料, 科学的选择设计方法进行配比设计, 并提高混凝土的施工工艺水平。
3 结束语
混凝土裂缝问题的解决, 是一个循序渐进的过程, 需要引起我们的重视, 展开相关混凝土养护体系的应用, 实现其内部各个应用程序的协调, 保证桥梁工程综合应用效益的提升, 以方便日常建筑工程工作的顺利进行。
参考文献
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混凝土面板裂缝控制与优化研究 篇2
关键词：混凝土面板,裂缝控制,优化
1 混凝土面板裂缝控制
1.1 支撑混凝土面板的堆石体质量控制
混凝土面板是浇筑在坡度为1:1.4左右的垫层坡面上的薄板, 面板裂缝受堆石体的位移、沉降影响较大, 特别是地基不均匀沉降或局部填筑密度不够而导致的不均匀沉降影响则更大。为避免裂缝的产生或控制裂缝的发展, 面板混凝土浇筑应在堆石体 (垫层区、过渡区、堆石区) 基本完成施工期的沉降量以后进行, 各种填筑料的填筑密度应不低于设计指标, 垫层坡面的平整度应达到规范要求。
1.2 面板混凝土强度等级设计
面板混凝土的抗拉强度及极限拉伸值的大小对面板抗裂性能影响较大, 而混凝土强度等级的高低与抗拉强度及极限拉伸值呈正比例关系。因此, 面板混凝土强度等级, 宜高不宜低, 低坝混凝土标号也应设计成C20为宜。
1.3 面板混凝土原材料控制
混凝土面板除在设计上要合理配筋、分块外, 混凝土原材料的选择是面板裂缝控制的主要措施之一。混凝土原材料的优劣及其配合比的优选, 对面板的抗裂性能影响较大。因此, 必须从面板混凝土原材料选择方面作大量的对比试验研究。
1.3.1 外加剂的选择
通常要在面板混凝土配合比中掺减水剂和引气剂, 用以提高混凝土的和易性、不透水性和抗裂性。由于极限拉伸值的增高, 而弹模及千缩率的降低, 抗裂性能w1优于W0。这说明面板混凝土中掺适量优质外加剂对抗裂有利, 但不同品牌的外加剂在面板混凝土中的抗裂性能有较大差别。所以, 在混凝土面板施工以前, 应结合设计、施工对面板混凝土的要求, 选用多个品牌的外加剂进行配合比试验研究, 从中选出满足设计和施工以及对面板抗裂最为有利的外加剂。笔者认为, 不管坝的高低, 面板混凝土均应采用高效减水剂配制。
1.3.2 水泥的选择
面板混凝土应选用于缩小、水化热低的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥, 这是大家公认的事实。但有些普通硅酸盐水泥用于面板混凝土浇筑, 对面板的抗裂不太有利。普硅1水泥中硅酸三钙和铝酸三钙含量均高于普硅2水泥, 说明普硅l水泥的水化热高于普硅2水泥。但普硅1水泥掺有12%的矿渣, 此值已接近掺活性混合材料时不得超过15%的国家标准, 普通硅酸盐水泥中掺矿渣较其他活性材料的干缩要大, 这就是用普硅1P.042.5强度等级的普通硅酸盐水泥较用普硅2P.042.5强度等级的普通硅酸盐水泥配制的面板混凝土干缩大的原因所在。
面板混凝土所用水泥除选用硅酸盐水泥外, 应优先选用水化热低且不掺或少掺矿渣活性材料的普通硅酸盐水泥为好。水泥标号的选用宜高不宜低。因在配制相同强度等级的混凝土时, 用高标号比用低标号要少用水泥, 对混凝土减少干缩有利。SL49—94 (混凝土面板堆石坝施工规范) 规定;面板混凝土用水泥强度等级应不低于32.5。故对有条件的工程, 特别是高坝应尽量选用P.042.5强度等级的水泥或更高强度等级水泥来配制面板混凝土。
1.3.3 掺加优质粉煤灰
优质粉煤灰中含有大量微珠颗粒, 掺入混凝土中能减少水泥的需水量, 除使混凝土面板抗渗性能大幅度提高外, 还可减少干缩。既节约了水泥, 又提高了面板的抗渗性, 从而提高抗裂性能。早期修建的工程在面板混凝土中掺粉煤灰的实例较少, 随着认识的不断深入, 加之粉煤灰收集工艺的提高, 现在在面板混凝土中掺入适量的优质粉煤灰已较为普遍。
1.3.4 关于面板混凝土中掺加膨胀剂及化学纤维
面板与基岩或趾板接触的板块处于约束区, 因面板本身的变形而较易引起开裂。为解决混凝土面板裂缝问题, 在国内的已建工程中已有采用在混凝土产生收缩的同时, 用人为产生等量膨胀的方法, 防止混凝土面板裂缝或降低裂缝程度的尝试。目前这类外加剂品种主要是以钙钒石为膨胀源及以氧化镁为膨胀源的产品, 适用于低中型面板混凝土坝。在面板与基岩或基岩与趾板接触的板块混凝土中掺入适量氧化镁或UEA膨胀剂, 对面板抗裂有利。
聚丙烯、聚乙烯纤维由于抗拉强度均较高, 适量掺入混凝土中能提高混凝土的抗拉强度并降低混凝土干缩而改善其抗裂性能, 现已普遍用于道路工程。水利工程中的防洪堤、灌溉渠以及抗冲磨混凝土也有应用实例。浙江白溪水库就在每立方米面板混凝土中掺入0.9kg聚丙烯纤维的应用实例, 其28d、60d、90d的干缩率分别降低了2.7%、5.5%和7.4%。
2 面板施工的质量控制
2.1 面板施工时段的选择
面板施工时段的选择实际上是面板浇筑时环境温度和湿度的选择。由于模板漏水, 骨料的吸水或者蒸发等使未凝固的面板混凝土脱水, 引起与脱水容积大体相等的收缩, 同时, 这种收缩又受到基础、模板、钢筋等的约束而产生拉应力, 此时, 混凝土的抗拉强度几乎为零而易于产生裂缝。由于蒸发速度对塑性收缩裂缝的产生起重要作用, 国外有专家提出产生裂缝的极限蒸发量为1-1.5kg/m2。面板浇筑时环境温度高导致混凝土温度高, 使表面水分急剧蒸发。为减少未凝固混凝土水分过多地蒸发, 防止面板开裂, 面板的最佳施工温度应控制在22℃左右, 湿度应控制在70%以上。
2.2 面板混凝土生产、运输、浇筑的质量控制
除了原材料质量控制和最优的配合比外, 原材料配料准确与否是面板裂缝控制的又一重要环节。骨料入斗允许误差±2%, 加水量允许误差±1%, 施工单位应严格过磅称量原材料。超出误差范围的配料状态下, 生产出的混凝土质量是极不稳定的。因此, 对面板混凝土生产中原材料称量这一环节的质量控制必须加强。任何用途的混凝土都要求拌和均匀, 而面板混凝土则更应强调拌和的均匀性, 以保证其面板有较高的延伸性, 提高抗裂性能。为保证混凝土在运送过程中不致发生分离、漏浆、严重泌水或过多降低坍落度, 就应尽量减少转运次数和时间, 以便生产的混凝土在最短的时间内入仓浇筑。入仓混凝土及时振捣, 以使混凝土密实并紧贴垫层。铺料间隙时间要符合要求, 应无初凝现象, 以免造成施工冷缝而留下产生裂缝隐患。
3 新浇面板混凝土裂缝的控制
面板的养护, 特别是面板的早期养护, 对防止面板裂缝尤为重要。养护好的混凝土面板, 除强度增长较快外, 还可降低因干缩产生裂缝的程度。
养护湿度为70%的混凝土较养护湿度为90%的混凝土所测各龄期干缩大, 其平均值前者是后者的近两倍。从而说明混凝土早期的精心养护对减少混凝土干缩, 防止面板开裂有利。在一些面板坝所在地, 气温骤变时有发生, 有时连续35℃以上高温, 或突降暴雨使气温骤降至20℃左右或更低;白天40℃左右、晚上降至10℃左右 (如新疆乌鲁瓦提面板堆石坝坝址区, 5～7月份最高气温41℃, 日最低气温12℃) , 白天20℃以上, 晚上降至0℃左右就更常见了。在气温骤变的情况下, 面板承受较大的温度梯度, 使面板产生拉应力。
处于水中的面板混凝土较暴露于空气中的面板混凝土胀缩变形小得多。其23℃骤变至0℃时, 前者仅是后者的1/3。0℃骤变至23℃时, 前者小于后者32%。这是试件龄期达300天后的试验数据。可以推断, 混凝土龄期越短, 上述变化将越明显。说明硬化中或硬化后的混凝土面板如果能避免直接暴露于空气中, 对防止裂缝极为有利。
裂缝优化 篇3
1 模型的建立
煤层气储层的基质渗透率极低, 且富含不同发育程度的微裂缝, 整体表现为双孔特征, 因此, 在数值模拟过程中需采用双孔模型[3], 在原有机理模型的基础上进行局部网格加密 ( 图1) 。由于模型中的裂缝宽度远远小于网格宽度, 需在模拟过程中采用等效渗透率的方法来解决线性不收敛问题。
如图2 所示, 水平井虽增大了与储层的接触面积, 但不压裂时单井产量依然很低, 最终采收率为0. 162% ; 采取分段压裂措施后, 生产初期产量达到10 000 m3/ d, 最终采收率为3. 15% , 提高近20 倍, 进一步证明了煤层气开发过程中分段压裂的必要性。'
2 裂缝参数研究
2. 1 裂缝间距
裂缝间距过小会加剧缝间的干扰, 导致缝间低压区的形成, 限制了气体的采出; 而裂缝间距过大, 缝间的区域又难以被充分波及, 同样会对产能造成不利影响[4]。所以, 裂缝间距存在一个最佳值。
在压裂主裂缝扩展过程中, 使裂缝张开的临界净压力计算公式为:
式中, Pnet为临界净压力; σH为最大水平主应力; σh为最小水平主应力; ν 为泊松比。
计算得开启天然裂缝的临界净压力为16 MPa左右, 然后通过诱导应力计算方法[5], 算出最小不干扰裂缝间距为26 m左右。
2. 2 裂缝条数
人工裂缝数量关系到储层改造体积的大小, 对单井产能影响重大[6]。研究区块水平井的平均水平段长约1 500 m, 为了优选裂缝数量, 共设计了5套方案: 在水平段长为1 500 m的基础上, 压裂段数分别取9, 12, 15, 18, 21, 每段3 簇射孔。
裂缝增大了井筒与储层的接触面积, 随着裂缝数量的增加, 累计产气量 ( 图3) 及采收率增加, 但过多的裂缝会使地层压力迅速下降, 缝间干扰增强, 导致裂缝平均产能下降, 从而降低了累计产气量及采收率增加幅度。考虑到压裂作业成本随裂缝条数的增加而增大, 因此优选出最佳压裂段数为15 段, 主裂缝数为45 条, 裂缝间距为33. 3 m, 满足最小不干扰裂缝间距的要求。
2. 3 裂缝半长
水平井裂缝长度是影响煤层气开发效果的最主要因素之一, 有必要对不同裂缝长度下气井的产能变化进行分析。假设水平段分15 段压裂, 每段上有3 簇, 模拟的裂缝半长分别为175, 225, 275, 325, 375, 425 m。裂缝的长短反映了储层供气面积的大小[7,8], 如图4 所示, 随着裂缝长度的增加, 累计产气量逐渐增加; 但裂缝越长, 气体在流动过程中遇到的摩擦阻力越大, 导致累计产气量增幅降低。考虑到现场的施工难度以及压裂成本等因素, 建议裂缝半长控制在350 m左右。由于受裂缝泄气面积的影响, 水平段端部的裂缝产量要大于中间裂缝的产量[9], 同时为了减少裂缝之间的干扰, 常在压裂设计中采用人工裂缝长短交错的分布模式。
2. 4 裂缝导流能力
压裂过程中形成的裂缝体系是否具有经济效益, 一个很重要的判断指标是裂缝的导流能力。在1 500 m的水平段上, 压裂15 段, 每段3 簇射孔, 裂缝半长为350 m, 通过改变初始裂缝渗透率, 使裂缝导流能力分别为25, 50, 75, 100, 125, 150 m D·m。如图5 所示, 累积产气量随导流能力的增加而增加, 但地层渗透率与裂缝渗透率间的巨大差距限制了煤层气向裂缝的流动能力[10], 降低了水平井产能的提高幅度。综合考虑认为, 裂缝的初始导流能力为100m D·m时较合适。
3 结论
( 1) 运用CMG软件中的GEM模型, 定量证明了煤层气开发过程中分段压裂的必要性。
( 2) 采用单因子变量法, 优选出最佳的裂缝参数组合形式: 1 500 m水平段上压裂15 段, 每段3 簇射孔, 共45 条主裂缝, 裂缝间距为33 m, 裂缝半长为350 m, 导流能力为100 m D·m。
( 3) 针对煤层气藏开展的水平井裂缝参数优化的研究思路及方法, 对于改善煤层气藏的开发效果具有重要的指导意义。
参考文献
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裂缝优化 篇4
关键词：水平井,分段压裂,裂缝优化
与直井相比,水平井产能可达直井的数倍,因而成为油气藏开发的重要手段。为了更加高效开发低渗油气藏,水平井分段压裂技术已经开始取得大范围的应用。水平井分段压裂技术是通过沿着水平井筒形成多条水力裂缝,各个水力裂缝相互独立,没有相互干扰;从而大幅度改善渗流条件,提高油气产能。
水力裂缝方位垂直于最小主地应力方位,因此,依据水平井井筒方向与最小主地应力方位的关系,水平井压后水力裂缝形态一般有横向裂缝、纵向裂缝和复杂裂缝三种类型。对于一口水平井,水力压裂后将形成哪一种形态的水力裂缝,取决于地应力状态与水平井井筒方位的相互关系。如果井筒平行最小主应力方向,则产生与井筒相垂直的横向裂缝,如果井筒与最小主应力方向垂直,则产生与沿井筒方向延伸的纵向裂缝(见图1)。实际上,由于地应力方位的复杂性以及射孔段长度等对裂缝起裂的影响,水平井井筒方位很难与最小主应力方向平行或垂直,一般存在一定的夹角。因此,水平井实际的水力裂缝形态为复杂的转向横向或纵向裂缝。
研究表明,水平井压后各条裂缝的流态为线性流和径向流并存的复杂流态。在生产一定时间后,水平井中多条裂缝会相互干扰,影响各裂缝的产量。因此,水平井中裂缝条数的优化非常重要,它不仅影响水平井的产能,同时也影响压裂施工的安全性和最终经济效益[1,2]。水平井分段水力裂缝的形态受到多种因素的影响,例如地应力、井身方位、岩石非均质、压裂施工参数等。施工和室内模拟实验证明水平井水力裂缝十分复杂,可形成沿井筒的纵向缝、垂直于井筒的横向缝,以及弯曲和转向裂缝。
目前国内外对于水平井水力裂缝的研究主要集中在压裂工艺技术方面,主要包括化学隔离分段压裂、机械封隔分段压裂、限流分段压裂、水力喷射分段压裂等[3,4],另外的研究重点是气藏中水平井井网与井距的优化问题[5,6,7]。
水力裂缝条数是水平分段压裂设计的重要参数,裂缝条数过多,会造成施工成本高或裂缝间相互干扰的问题,甚至会引起施工失败;裂缝条数过少,无法达到最大的单井产能。因此需要综合考虑多种因素,建立水平井水力裂缝条数的优化方法。
同时考虑避免水平井复杂水力裂缝形态与最高油井产能,分别建立力学模型和多相流体流动模型,对井网参数进行模拟计算,定量研究水平井中最优的横向裂缝段间距、条数及缝半长,为水平井分段压裂的设计和施工提供建议。
1 模型的建立
1.1 水平井水力裂缝形态模型
水力压裂过程中的地层变形主要包括两个方面的控制方程,一是平衡方程,二是应力和应变关系。
平衡方程
本构方程
在应变空间弹塑性本构关系可表示为
dσ=(D-Dp)dε (2)
式(2)中:
式中,D为弹性本构关系系数矩阵;f(σ,σp,κ)为应力屈服函数;wp为塑性功;θp为塑性体积应变;
水平井水力裂缝的起裂和延伸需要计算井筒和水力裂缝的应力分布,采用有限元模型,如图2。
1.2 水平井水力裂缝地层系统的流动模型
在油藏模拟中,由于地质及储层参数等复杂因素,一般均采用数值模拟。本研究采用适用于低渗油藏的黑油模型[8,9],并采用能处理地质构造及油藏特性的Eclipse软件。
数学模型包括物质平衡、连续性方程、达西定律以及饱和度方程[10,11]。
连续性方程
达西定律
饱和度方程
其中,Q为流速,cm3/s;A为横截面面积,cm2;μ为黏度,mPa·s;L为长度,cm;Δp为压力,10-1MPa;ρ为流体密度,kg/m3;Rw为水油比;Bo为原油地层体积系数;Sw为水相饱和度;fw为产水量。
研究选取面积为0.548 2 km2 (1 040 m×560 m)的一个井组单元作为研究对象。根据所选的模型井组,其形状在平面上为一矩形,纵向上为合并的一个模拟小层。此区块内有注水井8口(Z1—Z8),生产井5口(Y1—Y5),对应的网格划分如图3所示。考虑人工裂缝方向为最大主地应力方向,即NE75°,为便于模拟过程中使裂缝主方向位于最大主地应力方向,在建立模拟模型时将原始井位网格顺时针旋转15°。
根据室内测量及油田数据,模拟计算所涉及的地层及流体参数如表1所示。
考虑地层的各向异性,初始模型建立时取I方向渗透率是J方向渗透率的2.5倍,取K方向的渗透率为J方向渗透率的0.1倍。模拟过程中裂缝等效导流能力为25 μm2·cm。采用定压生产,注水井井底最大注入压力保持在20 MPa左右。根据低渗透油田特点,在进行模拟计算时选择30 d作为模拟计算的时间间隔。
2 水平井横向水力裂缝间距优化
2.1 水平井横向水力裂缝间距对裂缝形态的影响
取地层岩石的弹性模量为40 GPa,泊松比为0.231。三向地应力分别为水平最大应力39 MPa,水平最小应力33 MPa,垂向应力56 MPa。
改变井筒方位与最小水平地应力的相对夹角,分析水力裂缝起裂和延伸规律的变化。图4为井筒方位与最小水平地应力的夹角为20°时的水力裂缝延伸情况,图中给出了井筒和两种可能裂缝,一是理想情况下的平直裂缝,二是由于裂缝弯曲形成的转向裂缝。
可见,当井筒方向与最小水平主应力方位存在偏差偏差的情况下,由于井筒附近应力集中的影响,裂缝一般沿着垂直于井筒的方向起裂,而后经过一段距离逐渐与最小水平主应力方位垂直。
裂缝的这种由初始起裂而后延伸的弯曲现象,对于压裂改造不利,它对于支撑剂的运输造成过大的阻力,从而过早引起砂堵等问题的出现。对于水平井筒的分段压裂来说,当井筒方位与最小地应力的夹角过大时,裂缝会出现过大的转向弯曲的延伸距离。当水力裂缝间的距离小到相互干扰时,会引起分段压裂的失败。
2.2 水平井横向水力裂缝间距对油井产能的影响
采用油藏模拟软件,建立如图6和图7的水力裂缝和地层系统,图中给出了井筒位置(左侧的小圆柱)、水平井筒(以加密的网络代替)、三条水力裂缝(与水平井筒垂直的加密网格)。
保持其它参数不变化,变化水力裂缝之间的间距。在裂缝段间距在50 m,75 m,100 m,125 m三种情况下,定压生产一年后,比较三种情况下油井产量,如图8所示。
随着两条水力裂缝间距离的增加,产量呈下降趋势,两者的关系可通过回归得到y=-1.8x+3 676。
3 水力裂缝长度优化
选取裂缝段间距50 m的情况下,讨论裂缝半长在18.75 m,31.25 m,43.75 m,56.25 m四种情况下的产量,产量随裂缝长度变化情况见标和图9。
随着裂缝长度增加,产量呈现线性增长的趋势,两者的关系可用线性方程y=15.598x+3 290.3表示。
4 结论
同时考虑水平井水力裂缝的弯曲复杂形态和油井产能大小,建立了水平井水力裂缝优化的模型。并分别采用有限元模拟和油藏模拟研究了避免复杂水力裂缝的条件下,水平井水力裂缝优化的影响因素。主要结论如下:
(1) 水平井筒与最小水平地应力方位存在夹角时,分段水力裂缝出现弯曲转向,多个弯曲裂缝之间的相互干扰形成复杂的裂缝形态;
(2) 油井累积产量随着裂缝间的距离增加而减小;
(3) 油井累积产量随裂缝长度增加而增加。
参考文献
[1]王者生,李祥贵.油藏模拟局域精细网格方法的扩展应用.石油大学学报(自然科学版),1993;17(5):123—128
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裂缝优化 篇5
1 高强度混凝土收缩裂缝产生的原因
1.1 高强度混凝土塑性收缩
高强度混凝土塑性收缩产生的主要原因是在混凝土浇筑工作完成之后, 混凝土因为失水的速度超过了泌水的速度而产生的。这主要是受混凝土周围的环境的温度与湿度及混凝土的早期养护工作所影响的, 所以施工单位一定要加强对混凝土的养护工作, 这样才能有效的避免混凝土塑性收缩裂缝的产生。
1.2 高强度混凝土温度收缩
顾名思义, 高强度混凝土温度收缩产生的原因主要是受到混凝土内水化热而产生的。通常情况下主要是受水泥因素的影响, 因为水泥的性质和用量将会直接的影响到高强度混凝土的水化热释放的强弱。这主要是受到高强混凝土配合比的设计所影响的, 所以说通过优化配合比设计方案, 可以有效的解决温度收缩裂缝。
1.3 高强度混凝土干燥收缩
这里指的高强度混凝土干燥收缩主要包括了化学收缩和干燥收缩两种收缩方式。化学收缩的产生的原因主要是因为混凝土在水化时, 发生了化合反应, 水化之前和水化之后产生的物质是不同的, 这样就导致了混凝土的体积产生了改变, 产生化合收缩现象;干燥收缩产生的原因主要是因为混凝土结构中的自由水丢失从而产生不可逆转的收缩现象。而因为化学收缩和干燥收缩产生的物理现象和原因有许多类似之处, 所以将他们统称为干燥收缩。干燥收缩现场的产生主要受到混凝土的原材料和配合比所影响。因此, 只有优化了配合比设计方案才能有效的解决干燥收缩裂缝。
2 高强度混凝土剪力墙收缩裂缝控制措施和配合比优化方案
(1) 对配合比设计方案进行优化。在优化配合设计方案时, 可以在保持原设计中混凝土的水灰比的基础上, 对加入的胶凝材料所用的量进行适当的减少, 适当的提高粉煤灰、矿渣粉的含量, 然后再将水泥浆体收缩的作用力降低, 在选择粗砂的时候尽可能的选取3.1或3.2的粗砂, 在粗细骨料使用时必须要控制好含泥量。而在选择石子的时候应该挑选出颗粒比较规则的、棱角少的、质量比较好的和连续级配优良的运用到配合比设计中, 这些石子可以促进粗骨料在混凝土中骨架性能的发挥, 从而使混凝土的体积稳定性得到极大的提高。高强混凝土配合比中必须加入高效高性能混凝土减水剂, 降低混凝土用水量, 特别是混凝土中自由水的量。减少干缩裂缝。
(2) 在建筑材料之中加入膨胀剂。在对剪力墙的结构进行优化的时候, 可以通过在建筑材料之中加入膨胀剂的方法来实现, 加入膨胀剂可以使混凝土产生微膨胀, 从而使混凝土应该的收缩得到有效的补尝, 这样就可以在一定程度上避免混凝土收缩裂缝的产生。
(3) 通过留置后浇带的方法来减少混凝土收缩裂缝。在建筑工程项目施工的过程中, 可以在一定程度上减少高强混凝土一次浇筑的剪力墙的长度, 在剪力墙中间空出来一定的位置上留置出后浇带, 这样等到先浇筑混凝土硬化, 收缩变形也逐渐稳定之后, 在对留置出来的后浇带进行微膨胀混凝土浇筑工作, 这样就可以使混凝土的收缩作用力得到有效的降低, 减少作用力的累加集中, 从而使混凝土收缩裂缝产生的几率大大减少。
(4) 通过在剪力墙中间部位设置暗梁的方式来降低收缩裂缝的影响范围。在建筑工程的结构设计上, 可以在剪力墙中间部位设置相应的暗梁, 利用钢筋的弹性和抗拉强度高, 约束混凝土变形。这样就可以在一定程度上使混凝土的强度和刚度得到很大的提高, 同时还可以使混凝土的结构更加的完整, 提高混凝土的抗裂性能, 从而使收缩裂缝的影响范围得到控制。
(5) 合理的配筋方案有助于控制裂缝的产生。在钢筋配筋方案方面, 配筋原则应做到“细一点、密一点”。即配筋应尽可能采用小直径、小间距设计。提高混凝土结构的含钢率或减小钢筋直径都可提高材料的抗裂性能, 但减小钢筋直径、加密间距要比提高含钢率效果明显一些, 而且应该考虑适当的温度筋。
总之高强度混凝土剪力墙收缩裂缝的控制应该从优化配合比、混凝土原材料、剪力墙结构设计、施工和浇筑方法以及剪力墙的构造等多个方面进行优化和完善, 从而尽可能的避免混凝土裂缝的产生。
参考文献
[1]仕建超.高强混凝土剪力墙裂缝控制技术[J].广东建材, 2012, 28 (1) :74-76.
[2]方超.高延性纤维混凝土低矮剪力墙抗震性能试验研究[D].西安建筑科技大学, 2013.