三维现今地应力场有限元数值计算

研究现今地应力场的分布规律对油气藏的勘探、开发有重要的指导意义。依据Petrel地质模型网格节点数据,建立有限元三维精细几何模型,并对岩体和断层进行不同尺寸的网格剖分。综合利用地球物理测井与岩芯资料,采用VB.net编程求得三维岩石力学参数,根据单元中心坐标分别赋予相应的参数。运用大型有限元软件ANSYS建立了塔里木盆地##2地区三维有限元模型,以测井应力解释剖面为井点应力约束条件,经过多次反演试算得到模型的合理边界条件。与现场资料数据比较发现:数值模拟结果吻合性较好。可为三维现今地应力场的模拟提供数值计算方法。     

基于三维角点网格模型的现今地应力有限元模拟

设计并实现三维角点网格模型的现今地应力有限元模拟方法。利用角点网格, 建立储层三维精细模型。应用网格转换算法, 将网格转换为对应的三维有限元网格模型, 采用有限元法模拟地应力场的分布。采用网格转换逆向方法, 将模型重新采样至对应的角点网格地质模型, 为后续数值模拟等流程提供数据支持, 从而保证流程的连续性和数据的一致性。通过X工区和Y工区两个油田实例数据, 模拟工区应力场分布。对比分析表明, 模拟值与实测值匹配性较好, 证明了方法的准确性和有效性。     

基于Creatar XModeling的地应力场模拟自动化系统研究

有限元地应力场数值模拟在石油勘探开发、工程开挖领域应用广泛,有限元应力分析软件ANSYS凭借其强大的通用处理能力受到青睐;但是在地应力分析过程中该软件建模能力较弱,不能构建复杂的三维地质模型;其建模过程烦琐,且无法直接处理钻孔、测井与地震等地学数据,同时考虑整个地应力求解过程人工参与较多,自动化水平较低。针对以上问题,地应力场模拟自动化系统将地质建模与地应力求解置于同一个平台环境下,利用三维地质建模技术构建地下岩体模型,展现地层之间的相互接触关系,并进行有限元求解得到三维地应力场分布。该系统能够提高建模效率、降低建模误差、简化材料参数设置,从而提高了地应力场建模自动化水平。     

砂砾岩地层三维地应力场研究

以西部某地区砂砾岩储层为研究对象,基于丰富的压裂改造资料、地球物理测井资料,分析深部地层实测地应力的大小与方向,建立了适用于砂砾岩储层的地应力评价模型并计算地应力单井剖面.在此基础上,利用地震构造模型构建合理的三维空间数值模型,以单井地应力为基本约束,利用有限元法对工区现今三维地应力场进行反演.研究结果表明:工区地应力整体处于压应力作用下,表现为西北向东南方向逐渐增大的趋势.受断裂发育及次级构造影响,断裂带内3个主应力显著降低,断裂边缘和端部存在应力激增带.地应力方位整体近E-W,受断裂和局部构造发育的影响,局部地应力方向发生偏转.     

某电站地下厂房区域初始地应力反演分析

根据某电站地下厂房区域工程地质条件以及实测地应力资料,分析影响区域初始地应力的因素,建立电站厂房区域三维有限元模型,利用FLAC3D值计算软件对工程区域初始地应力场进行三维有限元模拟,在实测地应力值与计算地应力值之间建立多元回归模型,求出各回归系数,结果表明模拟得到的初始地应力场与实测地应力值相符,能够满足工程设计、施工的需要.     

天府三汇一矿地应力场三维有限元分析及其分布特征

重庆天府三汇一矿位于华蓥山帚状褶皱带的收敛端,属地应力相对集中地带,矿区的煤与瓦斯突出不但发生的次数多,突出强度也大,且正在开采的煤层均属突出煤层,对该区域原始应力场的三维分布规律研究可为矿井生产设计及煤与瓦斯突出危险性区域预测提供参考依据。在收集三汇一矿地质资料的基础上,建立起三维有限元计算模型,利用ANSYS大型通用有限元软件采用弹塑性有限元法对该矿初始地应力场进行数值模拟。根据模拟结果,分析了三汇一矿地应力场的三维分布特征,并对K煤层的地应力分布进行了分析。     

塔里木盆地克深气田现今地应力场特征

利用钻井诱导缝走向及井壁坍塌方位对克深气田现今地应力方位进行判断,并通过测井资料计算关键井现今地应力的数值。在此基础上,通过确定岩石力学参数并建立有限元模型,对克深气田现今地应力场进行数值模拟,并分析气田开发过程中地应力的变化及其对气井产能的影响。研究结果表明:克深气田现今水平最大主应力在西部为北北西向,向东部渐变为北北东向。水平最大主应力在气田中部表现为低值,向东西两侧呈条带状增加,水平最小主应力自北向南减小,垂向主应力与构造形态有较好的相关性,在背斜高点处为低值区。在气田开发过程中,地层压力的下降使总地应力随之呈线性下降,而地层有效地应力线性增加,导致储层裂缝开度降低,使孔渗性变差,从而影响气井产能,因此,在克深气田的开发过程中,应采取一定的储层保护措施,以保证气井的高产与稳产。     

基于“地质-工程”耦合平台的顺北断溶体储层地应力分布规律分析

顺北油田是一种碳酸盐岩断控裂缝-洞穴型储层,该类型油田通常采用水力压裂改造的方式进行开采,以提高储集体的连通性能。在水力压裂过程中,三维地应力场是影响裂缝扩展轨迹的重要因素之一。因此,研究三维地应力场的精细空间分布是水力压裂工艺需要解决的首要问题。针对裂缝-洞穴型碳酸盐岩储集体的水力压裂改造过程地应力场空间分布模拟不精细的问题,本文开发了“地质-工程”耦合平台。该平台可将地质模型转换为适用于AiFrac数值仿真软件的模型,实现了对储层三维地应力场的精细刻画。基于角点网格建立的三维地质模型,采用数值仿真软件进行三维地应力场的模拟,既可以保留储层的复杂地质构造特征,又可以利用数值仿真软件强大的计算能力,实现了地质模型和数值仿真一体化。为了验证本研究方法的有效性,本文基于前期已有的地应力测量数据,对顺北油田三维地应力场进行了分析计算。研究结果表明,断裂带对地应力场的大小和方向有显著的影响,主要表现在断裂带的规模、倾角、走向以及形态等因素在不同程度上均对地应力状态产生影响。本文提出的三维地应力场精细模拟方法可有效研究断溶体储层区域及内部、不同断裂带交汇区三维地应力场分布规律,从而为现场施工工艺参数的选择提供了重要依据。     

乌夏断裂带二叠系火山岩-碎屑岩混杂地层裂缝预测

基于岩石破裂准则,建立造缝期古地应力和现今地应力与裂缝参数之间的关系.通过构造解析确定古今地应力的性质和方向及古应力的大小,运用ANSYS反复调试出现今应力的大小,将裂缝参数计算模型代入古今地应力场的数值模拟结果中,模拟计算准噶尔盆地乌夏地区二叠系火山岩碎屑岩混杂地层裂缝的开度、密度、孔隙度和渗透率.结果表明:风城组裂缝最为发育,分布也最为广泛,在乌夏地区各位置均有发育;佳木河组裂缝比较发育,分布广泛,在乌尔禾地区、风城地区、夏子街地区均有发育,呈条带状.岩心统计资料验证了模拟计算结果的可靠性.     

盾构机刀盘掘削动态数值模拟

基于子模型方法与任意拉格朗日～欧拉有限元方法(ALE),建立了盾构机刀盘掘削过程的三维数值模型.在保证计算精度的前提下,实现了模型缩减、ALE网格精细化、地应力场初始化.通过将计算结果与某模型盾构机掘进试验的实测数据对比,验证了该方法的正确性与准确性.研究结果表明:基于ALE方法的盾构机刀盘掘削数值模型可以准确模拟土体破坏、脱离过程;基于子模型方法得到的初始应力场准确反映了原土层的地应力场,得到了地应力场对刀盘受力的影响关系.     

地下厂房洞室群动力反应时程分析

采用动力时程分析法,对杨房沟水电站地下厂房洞室群地震反应进行了三维非线性数值模拟,分析了洞周围岩的加速度、位移时程变化及应力分布特征.计算结果表明,在地震荷载作用下,洞室高边墙对加速度有一定放大效应;洞周围岩地震位移波形与输入地震波形一致,围岩各质点间的相对变形及围岩永久变形均较小;围岩应力分布较为合理,最大主应力及最小主应力幅值较小,地下洞室群在设计地震荷载作用下抗震稳定性较好.     

大型储罐的三维点云精简方法研究

针对大型储罐三维点云数据散乱、冗余点多等影响计算机显示及容积计算的问题,改进了一种储罐三维点云精简算法。该方法先利用均匀网格法,将待处理的三维点云数据分割成若干小栅格;然后根据随机抽样一致(random sample consensus,RANSAC)算法对每个栅格中的点云数据建立球模型,以保留特征点并滤除冗余数据点,达到精简点云的目的。将该方法与传统的均匀网格法和非均匀网格法进行对比,实验结果表明该方法在保证较高精简率的情况下可以更好地保留储罐点云数据特征。     

非均匀应力场下圆形隧洞围岩弹性应力分析

为了能更好的研究隧洞围岩在非均匀应力场下开挖过程中整体的稳定性,根据隧洞围岩在非均匀应力场下的模型特点,将隧洞围岩周围应力划分为两部分进行叠加。基于D-P准则与理想弹塑性本构关系,采用双调和方程和半逆解法,推导出非均匀应力场下圆形隧洞弹性区围岩应力的解析表达式,并通过Flac3D数值模拟对理论分析结果加以验证。结果表明：考虑中间主应力系数的影响时,中间主应力系数越大与之对应的侧压系数范围越小;侧压系数越大隧洞帮部集中应力降低,拱顶的集中应力增大;同时理论分析结果与数值模拟结果基本一致。在考虑非均匀应力场分布的力学模型更为准确地反映了隧洞围岩应力分布特点,对隧洞围岩的支护方案具有一定的意义。     

基于深度卷积神经网络的三维模型识别

为了进一步提高三维模型的识别精度,提出了一种基于深度卷积神经网络的三维模型识别方法。将点云数据通过占用网格规范化计算转化为二值3D体素矩阵,通过附加正则化项的随机梯度下降算法提取体素矩阵的特征,再通过共享权重的旋转增强对训练集进行数据增广并以此对模型标签进行预测。实验结果表明,该算法在公开数据集ModelNet40及悉尼城市模型数据集上的识别精度均达到85%左右。与基于同类机器学习的三维模型识别算法相比,在相同训练数据集上该方法网络训练时间短,在相同测试数据集上模型识别准确率高,检索速度快。提出的体素占用网格模型的深度卷积神经网络,可以实现三维点云模型数据集及规范化体素模型数据集的识别和分类工作。     

巷道锚喷补偿收缩钢纤维砼支护结构数值分析

巷道支护结构稳定是煤矿安全生产的前提,结合巷道混凝土破坏特征和混凝土材料复合增强原理,提出喷射补偿收缩钢纤维混凝土作为支护材料。以朱集矿-965水平轨道大巷为工况,采用ANSYS数值软件对巷道锚杆-喷射补偿收缩钢纤维混凝土支护结构的稳定性进行数值分析。考虑围岩作用下锚杆与喷射补偿收缩钢纤维混凝土支护体系建立三维有限元模型。采用弹塑性D-P本构模型进行计算,得出围岩-支护结构体系下围岩的应力场、位移场、塑性区以及支护内力的分布规律。通过荷载步设置探讨巷道开挖对围岩稳定性的影响,以及支护结构的受力特征,找出巷道支护结构的"危险点"和围岩的应力集中区。提出喷射补偿收缩钢纤维混凝土的支护措施。通过工业性试验验证了该支护结构体系能够有效地改善和提高支护结构的稳定性。     

基于FLAC3D数值模拟一次采动巷道地压显现及围岩破坏

以申南凹矿1021—20采场为模型,运用FLAC3D有限差分数值计算方法进行了数值计算,模拟分析了一次采动影响下30 m矿柱和20 m矿柱回采巷道围岩的应力分布、位移变化和塑性区分布,并对采动超前影响范围进行了模拟。通过现场监测、数值分析认为申南凹矿回采巷道的地压显现与围岩破坏与采场相似。     

岩石点荷载试验若干问题的研究

为了推进使用国家标准《工程岩体分级标准》和岩石强度的现场试验方法,研究了点荷载试验的ISRM方法和《工程岩体分级标准》方法.指出了有两大关键问题影响点荷载试验的推广.提出了用Is的平均值确定Is(50)的方法,通过岩石不规则试件和规则石膏模型试件的点荷载试验证实,在D值大于50 mm的试件个数n2和D值小于50 mm的试件个数n3大致相等的条件下,本文的方法和传统方法的相对标准差相差不到2%.最后提出了制定岩石点荷载试验国家标准的建议,并总结了点荷载强度指标的应用范围.这对于岩石点荷载试验的发展和创新具有重要意义.     

超低渗油气藏非对称压裂数值模拟理论及应用

以鄂尔多斯盆地某采油区延长组的长6油层组为例, 利用测井资料开展地质建模、三维岩石力学场和三维应力场研究, 获得井筒以外空间任一点与压裂密切相关参数的非均质网格节点数值模型。依据岩石破裂准则定量模拟计算出压裂缝的实际展布形态, 建立非对称裂缝空间分布模型, 包括缝高、缝长、缝宽和裂缝的走向。结合生产动态资料, 开展剩余油分布研究, 提出单井重复压裂措施方案。经过现场实施, 日增产原油4吨左右, 效果显著。     

三维地应力测试系统及其在深部软岩中的应用研究

深部围岩大多软弱破碎,传统地应力测试方法难以成功实施。为满足深部软岩工程需要,采用基于流变应力恢复理论的三维测试系统进行地应力测试。该系统根据深部软岩在高应力下的强流变特点,辅以配套研发的孔内推送设备和数据采集装置,采用埋设压力传感装置的方法来测得岩体的应力状态。依托平煤五矿开展测试系统的试点应用,与空心包体应变计测试结果进行对比,并在十一矿实施了分布式工程应用。结果表明系统测得应力相较对比测值基本一致,且符合孔周岩体流变应力恢复规律,所选测试区域自重应力场均占有主导地位。因此可以说明测试结果准确有效,系统具备一定的长期稳定监测围岩应力场的能力。