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傳統評價手段如聲波探測、鉆孔成像等,要么無法實時追蹤動態過程,要么難以實現空間精細化分析,制約了應力造縫技術的優化應用。在此背景下,低場核磁共振(LF-NMR)技術憑借其在原位模擬與分層測試上的獨-特優勢,以裂隙評價與孔隙發育分析為核心,構建起一套精準、高效的應力造縫評價體系,為解決工程難題提供了全新路徑。
應力造縫的本質是通過外部機械力作用,打破介質內部原有的應力平衡,誘導微裂隙萌生、擴展并形成連通網絡,同時伴隨孔隙結構的重塑。
在裂隙評價維度,核心在于量化分析裂隙的數量、形態、延伸方向、連通性及分布均勻性。不同工程場景對裂隙特征的需求存在顯著差異:例如,油氣田壓裂需形成密度高、連通性好的裂隙網絡,以最-大化油氣滲流通道;而高放廢物處置的圍巖應力造縫,則需控制裂隙密度與延伸范圍,避免形成貫穿性通道導致放射性物質泄漏。傳統技術往往通過事后取樣或間接推算獲取裂隙信息,難以反映動態變化。低場核磁技術則通過捕捉裂隙內流體的核磁共振信號,直接反演裂隙特征。
在孔隙發育分析維度,重點在于監測孔隙的孔徑分布、孔隙度變化及流體賦存狀態。應力作用下,介質內部孔隙可能呈現兩種演化趨勢:一是壓力較小時,微孔隙壓縮導致孔隙度降低,介質趨于致密;二是壓力超過臨界值時,微孔隙擴張并逐漸發育為微裂隙,孔隙度顯著上升,這兩種趨勢對工程效果的影響截然不同。低場核磁技術通過分析橫向弛豫時間(T?)譜的分布特征,可精準區分不同孔徑的孔隙。通過對比不同應力階段的 T?譜變化,能夠實時量化孔隙度的增減的增減幅度,以及孔徑分布的遷移規律,為判斷介質結構的穩定性提供關鍵依據。
相較于傳統評價技術,低場核磁技術在應力造縫評價中的核心優勢,集中體現在動態原位模擬與高精度分層測試兩大能力上。這兩大能力不僅解決了傳統技術的 “過程盲區" 與 “空間盲區" 問題,更實現了裂隙評價與孔隙發育分析的深度融合,推動應力造縫評價從 “定性描述" 向 “定量分析" 的跨越。
應力造縫是一個持續的動態過程,從初始應力加載到裂隙穩定,每個階段的裂隙與孔隙狀態均在不斷變化。傳統技術如 CT 掃描,雖能獲取高分辨率的靜態圖像,但需中斷應力加載過程,無法實現實時監測,易導致關鍵動態信息丟失。低場核磁技術則無需破壞樣品,可在應力加載全過程中持續采集信號,實現 “造縫 - 監測 - 分析" 的同步進行。這種實時追蹤能力,使得評價人員能夠精準捕捉裂隙與孔隙演化的關鍵節點,為優化造縫參數提供實時數據支撐。
更值得關注的是,低場核磁技術的恒定梯度分層測試能力,進一步突破了應力造縫評價在空間分辨率上的局限。低場核磁技術通過施加恒定的梯度磁場,可將測試樣品沿軸向或徑向劃分為多個連續薄層,最短分層厚度可達 5mm。
低場核磁技術可適配多種應力造縫場景,如壓裂、驅替、固廢、三軸、應力損傷、爆破等。憑借其動態過程原位模擬與監測、恒定梯度下的高分辨率分層測試能力,在裂隙評價與孔隙發育研究,特別是復雜應力條件下的造縫過程評價中,展現出巨大的應用潛力和技術優勢。它將傳統的靜態、破壞性評價轉變為動態、原位、無損、定量的評價,為深入揭示應力造縫機理、優化工程工藝設計、預測巖體穩定性等提供了強有力的技術支撐。
應用案例: