三维分层地应力模型与井眼岩石破裂准则

对油田开发分层地应力进行弹性力学分析,建立了分层地应力三维弹性力学计算模型。分析模型综合考虑了垂向地应力与岩石特性对破裂压力的影响,给出考虑垂直应力影响的最小地应力计算公式,结果可用于油田开发设计,另外,分别考虑地层垂向地层垂向压力和岩石变形特征的影响,采用控制最小周向应变参数得到了井眼岩石破裂的准则。     

水力射孔对地层破裂压力的影响研究

水力射孔辅助定向压裂可有效提高低渗透油田压裂效率,明显改善压裂效果.建立了包含地层水泥环套管的水力射孔井的三维力学模型,运用有限元数值模拟方法结合弹性力学理论和岩石的破裂机理,分析了水力射孔参数对地层破裂压力的影响.研究结果表明,沿着最大水平地应力方向进行交错布孔、选择射孔密度为4 m-1、增加射孔深度可以有效降低地层破裂压力.研究结果可为水力射孔辅助定向压裂工艺提供参数优选的依据.     

各向异性地层井壁破裂压力预测

地层破裂压力对于钻井和水力压裂非常重要,但直井破裂压力预测往往忽略了地层各向异性的影响。考虑岩石各向异性影响,推导直井井壁应力分布模型,建立各向异性地层破裂压力计算方法,并分析层理产状、各向异性程度、地应力及孔隙压力的影响。结果表明:低角度层理对破裂压力几乎无影响,而高角度层理对破裂压力影响显著;向最大水平地应力方向倾斜的层理,其破裂压力最低,极端情况下甚至比各向同性地层低50%,对井壁稳定极为不利;岩石各向异性程度越高,对破裂压力的影响越大;随着水平地应力比值和孔隙压力的增加,破裂压力整体上逐渐减小,而且地应力影响明显高于岩石各向异性,水平地应力比值增加后,岩石各向异性的影响进一步加剧;该模型提高了破裂压力计算的精度。     

碳酸盐岩地层破裂压力预测新模型及其应用

海相碳酸盐岩地层原生孔隙较少而裂缝较发育,利用测井资料计算其破裂压力难度较大.依据弹性力学原理和岩层破裂机制,综合考虑三向地应力及地层特征对地层破裂压力的影响,建立一种新的适合海相碳酸盐岩地层的破裂压力计算模型.川东北通南巴构造上5口井的应用结果表明,利用该模型计算得到的破裂压力值与实测值误差较小,能够满足工程计算要求.     

水力射孔对地层破裂压力的影响研究

水力射孔辅助定向压裂可有效提高低渗透油田压裂效率，明显改善压裂效果。建立了包含地层-水泥环-套管的水力射孔井的三维力学模型，运用有限元数值模拟方法结合弹性力学理论和岩石的破裂机理，分析了水力射孔参数对地层破裂压力的影响。研究结果表明，沿着最大水平地应力方向进行交错布孔、选择射孔密度为4m^-1、增加射孔深度可以有效降低地层破裂压力。研究结果可为水力射孔辅助定向压裂工艺提供参数优选的依据。     

塔里木盆地井壁稳定性测井评价初探

针对塔里木盆地部分地区井壁不稳定问题,开展井壁稳定性测井评价研究,主要从岩石力学的角度出发,利用测井信息计算地层岩石机械特性参数、地层孔隙压力、地应力分布、破裂压力等     

运用断裂理论确定地层破裂压力(P_F)值

本文综合应用断裂理论、岩体力学等知识,对油气层压裂机理进行了有益的探讨。通过对油气井井底的地应力静应力场,和动应力场的分析,考虑地层岩石存在天然微裂隙这一客现事实。建立了地应力与压裂液共同作用时,地层裂隙的应力强度因子表达式;根据断裂判据,推得了地层破裂压力计算模型;并对四川油田川中矿区几口井进行了实算与电算对比,验证了模型的可靠性。     

海上油田定向注水井安全注水压力研究

海上油田在设计安全注水压力时,地层破裂压力一般参考本油田探井的实际测试结果,未考虑定向井及水平井条件下注水层段实际地层破裂随井眼轨迹的变化。以岩石力学研究为基础,研究了井斜角和方位角变化对地层破裂压力的影响,建立了考虑井眼轨迹影响的安全注水压力预测方法。研究结果表明,地层破裂压力受井眼轨迹影响明显,斜井地层破裂压力实际为直井的0.9～1.6倍。将提出的预测模型应用于渤海KL-1油田注水压力设计,大部分注水井的安全注水压力高于常规设计方法,最大提高1.4 MPa。该方法对海上其他油田的安全注水压力设计具有良好的借鉴意义。     

层状介质中水力裂缝的垂向扩展

应用岩石力学的理论与方法，建立了层状介质中水力裂缝垂向扩展的数值模型，分析了地应力剖面、地层断裂韧性、压裂液密度及作业参数对缝高剖面形态的影响．研究结果表明，地应力剖面是影响裂缝垂向扩展范围和扩展方向的主要因素，岩层断裂韧性对裂缝的垂向扩展有明显的止裂作用，压裂液沿缝高方向的流动压降对裂缝高度有较大影响．在一定地层条件下，裂缝是否向隔层扩展以及扩展范围的大小主要取决于作业压力的高低．该方法可用于预测水力裂缝缝高剖面形态     

岩石声发射研究现状

声发射技术在岩土工程等领域得到了广泛的应用,通常根据Kaiser效应测试岩石地应力,根据声发射事件的时空分布分析岩石内部损伤状态.介绍岩石中形成声发射的原理及表征参数,阐述Kaiser效应地应力测试和岩石破裂空间定位的原理及影响测试结果的主要因素,系统分析基于声发射表征参数的岩石损伤力学及分形特性的研究进展.针对目前岩石声发射的研究现状,指出Kaiser效应地应力测试、岩石声发射空间定位和岩石损伤力学等方面存在的问题,主要表现在Kaiser效应地应力测试点显现度的影响因素复杂,岩石破裂的声发射空间定位精度有待提升,基于声发射的岩石损伤机理认识不足及分形维数临界值难以统一.     

高地应力区地下洞室围岩稳定和变形分析

本文分析总结了已有的地应力研究成果。考虑到高地应力与岩体特性的关系,对岩体采用四参数弹塑性开裂模型,提出了一种高地应力区地下洞室围岩稳定和变形的分析方法。用各种不同初始应力场(大小、方向、主应力比等)对直墙拱顶洞室围岩的稳定和变形状况作了分析比较,得出了一些有规律的成果。     

渗流效应对基于广义非线性屈服准则洞室弹塑性解的影响

考虑渗流效应,基于广义Hoek-Brown非线性屈服准则,推导出圆形洞室围岩塑性区半径、洞壁径向位移和洞室周边径向应力的数值解.绘制在考虑渗流的情况下和基于广义Hoek-Brown屈服准则的不同围岩条件下,圆形洞室内外水头差h与R/e(R为塑性区半径,e为洞室半径)的关系曲线、围岩特性曲线和径向应力的分布曲线.研究结果表明:在水头差相同时,位于较差围岩中洞室的塑性区比位于较好围岩中洞室的塑性区发展快;在支护力相同时,支护结构对处于较差围岩中的圆形洞室洞壁位移约束效果较差;在围岩质量较差时,渗流效应对圆形洞室径向应力的影响比围岩质量较好时的影响大.     

考虑地应力修正的岩体损伤评价

传统的岩体质量评价体系不考虑或仅从破坏角度考虑地应力的影响.为了反映岩体损伤演化过程,针对深部岩体在自重应力场和构造应力场的作用情况,提出地应力的修正计算方法;根据Mohr-Coulomb准则,引入破坏接近度的概念,提出修正地应力造成的岩体损伤评价方法,并与岩体损伤破坏评价5个等级对应,建立了Q值与岩体损伤等级对应关系.     

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。     

深立井基岩段井壁地压应力研究

揭示深立井及超深立井基岩段井壁地压应力的理论分析方法,为基岩段立井井壁的优化设计奠定基础。首先将立井基岩段井筒及围岩均按照轴对称受力状况建立力学模型,依据井筒开挖前后围岩受力状态的分析,通过围岩内表面与井筒外壁环向或径向应变相等原理,然后依据轴对称原理、弹性理论、静不定问题的求解方法等理论,求解出基岩段井壁地压应力的分布规律。所举算例得到的结果较为充分地反应了井壁中地压应力在井壁结构设计中的作用。其结果对深立井井壁结构的优化设计具有极为重要的指导作用。     

注浆孔壁劈裂判据及裂缝扩展的数值模拟

在进行现场注浆时,经常会遇到注浆孔与岩体裂隙不相交的情况,因此,很有必要讨论在一定注浆压力作用下,注浆孔周围岩层是否劈裂以及劈裂的方向,从而可以判断该劈裂裂缝扩展以后是否与岩体原有裂隙相贯通。这样有利于进行注浆理论分析、数值模拟等。文中在考虑地应力和不考虑地应力2种情况下,分别对注浆孔周围岩层的劈裂与否以及劈裂方向给出了判据,同时在劈裂情况下,通过对大型有限元软件ANSYS进行二次开发,应用6节点奇异等参元模型模拟了劈裂裂缝尖端应力场的奇异性,并引入应力强度因子,对劈裂裂缝的扩展进行了数值模拟,从而得到了劈裂裂缝的最终扩展长度。研究结果对注浆理论的研究以及实际注浆工程问题的解决都具有一定的参考价值。     

考虑中间主应力与渗流作用的巷道稳定理论解

为了探究渗流作用下不同中间主应力对圆形巷道围岩的影响,应用弹塑性力学理论,基于Drucker-Prager屈服准则,推导得出围岩塑性区半径与孔隙水压力之间的关系式;再由极值点失稳理论,确定围岩失稳的判别准则。结合实际工程,分析中间主应力系数对临界水压力的影响,结果表明:中间主应力对临界水压力有较大影响,采用D-P准则时中间主应力系数与临界水压力的关系曲线表现为类抛物线形式。当中间主应力系数取0.8时临界水压力达到最大值10.0 MPa;与基于MC准则的计算结果做对比,发现考虑中间主应力时D-P准则的临界水压力计算结果更能反映岩石多轴力学性能,可应用于较为完整的含水岩层支护设计优化。     

深井高地应力巷道围岩弱化规律及控制技术

深井高地应力围岩控制是深井支护的难点,应用FLAC3D软件对深井半圆拱巷道在高地应力作用下围岩的弱化规律进行研究,发现深井高地应力围岩塑性区出现不连续分布的现象,随着时间的推移,塑性区逐渐增大,表明深井围岩属于非线性力学系统.同时,分析了不同侧压系数下的巷道围岩应力和位移,得到了在巷道纵向上和横向上两者的变化情况,以及不同地应力对深井锚喷网加锚索协同支护效果的影响.提出深井高地应力围岩高强度、高刚度以及大范围的围岩控制技术,并对不同地应力情况下的支护效果进行监测,取得了较好的支护效果.     

沿空留巷围岩结构灾变系统及控制力学模型研究

运用实用矿山压力控制理论建立了沿空留巷开采灾害系统模型,提出了无煤柱沿空留巷大、小结构理论,修正了内应力场范围计算方法,建立了给定变形、限定变形2种留巷结构力学模型.研究表明:沿空留巷巷道围岩大结构是指应力拱内岩梁,小结构是指巷旁充填体、顶煤、煤帮、直接顶、底板等锚固结构,二者力源来源于应力拱内岩层,其中巷旁充填体力源为裂断拱内裂断岩梁,煤帮力源来源于应力拱内岩梁作用;内应力场范围是传统范围求解的1.4倍;沿空留巷限定变形状态承载体承担起大结构内覆岩运动产生的作用载荷,对巷道进行支承保护作用;给定变形状态承载体(护巷煤柱或充填体)不承担大结构内覆岩运动产生的作用载荷,仅承担支承范围内直接顶载荷,并对巷道进行密封保护、隔绝采空区作用.     

矿井构造应力场和冲击地压

本文根据陶压煤矿数年来大量观测资料,从造成冲击地压的多种因素中,分析确定了该矿深部构造应力场。并从自重应力、煤与围岩的物理力学性质、构造应力和采动集中应力等方面,论述了冲击地压的成因机理,这对开采深部煤层和有效地控制冲击地压提供了依据。