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应力造缝评价:基于裂隙与孔隙发育动态监测的低场核磁共振新方法
更新时间:2025-09-10   点击次数:22次


在能源开采、地质工程与环境保护等领域,应力造缝技术是实现介质性能调控的关键手段,其效果直接决定工程的安全性与经济性。从油气田压裂增产到高放废物地质处置的围岩加固,从矿山爆破开挖到岩土体驱替试验,应力造缝技术的应用场景不断拓展。然而,应力造缝过程中,裂隙的萌生、扩展与孔隙的演化始终处于动态变化中,若无法精准捕捉这些微观过程,将导致造缝效果偏离预期 —— 或因裂隙分布不均降低介质渗透性,或因孔隙过度发育引发结构失稳。

传统评价手段如声波探测、钻孔成像等,要么无法实时追踪动态过程,要么难以实现空间精细化分析,制约了应力造缝技术的优化应用。在此背景下,低场核磁共振(LF-NMR)技术凭借其在原位模拟与分层测试上的独-特优势,以裂隙评价与孔隙发育分析为核心,构建起一套精准、高效的应力造缝评价体系,为解决工程难题提供了全新路径。

应力造缝评价:基于裂隙与孔隙发育动态监测的低场核磁共振新方法


应力造缝的本质是通过外部机械力作用,打破介质内部原有的应力平衡,诱导微裂隙萌生、扩展并形成连通网络,同时伴随孔隙结构的重塑。


在裂隙评价维度,核心在于量化分析裂隙的数量、形态、延伸方向、连通性及分布均匀性。不同工程场景对裂隙特征的需求存在显著差异:例如,油气田压裂需形成密度高、连通性好的裂隙网络,以最-大化油气渗流通道;而高放废物处置的围岩应力造缝,则需控制裂隙密度与延伸范围,避免形成贯穿性通道导致放射性物质泄漏。传统技术往往通过事后取样或间接推算获取裂隙信息,难以反映动态变化。低场核磁技术则通过捕捉裂隙内流体的核磁共振信号,直接反演裂隙特征。


在孔隙发育分析维度,重点在于监测孔隙的孔径分布、孔隙度变化及流体赋存状态。应力作用下,介质内部孔隙可能呈现两种演化趋势:一是压力较小时,微孔隙压缩导致孔隙度降低,介质趋于致密;二是压力超过临界值时,微孔隙扩张并逐渐发育为微裂隙,孔隙度显著上升,这两种趋势对工程效果的影响截然不同。低场核磁技术通过分析横向弛豫时间(T₂)谱的分布特征,可精准区分不同孔径的孔隙。通过对比不同应力阶段的 T₂谱变化,能够实时量化孔隙度的增减的增减幅度,以及孔径分布的迁移规律,为判断介质结构的稳定性提供关键依据。


相较于传统评价技术,低场核磁技术在应力造缝评价中的核心优势,集中体现在动态原位模拟与高精度分层测试两大能力上。这两大能力不仅解决了传统技术的 “过程盲区" 与 “空间盲区" 问题,更实现了裂隙评价与孔隙发育分析的深度融合,推动应力造缝评价从 “定性描述" 向 “定量分析" 的跨越。


应力造缝是一个持续的动态过程,从初始应力加载到裂隙稳定,每个阶段的裂隙与孔隙状态均在不断变化。传统技术如 CT 扫描,虽能获取高分辨率的静态图像,但需中断应力加载过程,无法实现实时监测,易导致关键动态信息丢失。低场核磁技术则无需破坏样品,可在应力加载全过程中持续采集信号,实现 “造缝 - 监测 - 分析" 的同步进行。这种实时追踪能力,使得评价人员能够精准捕捉裂隙与孔隙演化的关键节点,为优化造缝参数提供实时数据支撑。


更值得关注的是,低场核磁技术的恒定梯度分层测试能力,进一步突破了应力造缝评价在空间分辨率上的局限。低场核磁技术通过施加恒定的梯度磁场,可将测试样品沿轴向或径向划分为多个连续薄层,最短分层厚度可达 5mm。


低场核磁技术可适配多种应力造缝场景,如压裂、驱替、固废、三轴、应力损伤、爆破等。凭借其动态过程原位模拟与监测、恒定梯度下的高分辨率分层测试能力,在裂隙评价与孔隙发育研究,特别是复杂应力条件下的造缝过程评价中,展现出巨大的应用潜力和技术优势。它将传统的静态、破坏性评价转变为动态、原位、无损、定量的评价,为深入揭示应力造缝机理、优化工程工艺设计、预测岩体稳定性等提供了强有力的技术支撑。


应用案例:

 应力造缝评价:基于裂隙与孔隙发育动态监测的低场核磁共振新方法



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