基于BP神经网络的页岩静弹性模量预测研究

页岩的静弹性模量是页岩油气资源勘探开发整个过程的重要参数,现阶段页岩静弹性模量的预测往往是先使用岩芯纵波时差及密度计算出动态弹性模量,再寻找动、静态弹性模量之间的关系。岩石矿物组成的差异常常导致常规思路得到的动、静态弹性模量的相关性较差,预测结果难以满足工程需求。为完成对研究区块岩芯的静弹性模量预测研究,首先对岩芯进行密度及纵波时差的测量;而后运用全岩矿物分析、黏土矿物分析及三轴压缩试验的方法对岩芯静弹性模量进行对比分析;并由三轴压缩试获取岩芯静弹性模量。按输入变量的不同建立并训练了三个BP神经网络预测系统;并对三个预测系统的应用效果加以对比分析。分析结果表明:只以岩芯密度和纵波时差为输入变量的BP神经网络的预测效果较差;以岩芯密度、纵波时差、石英含量及伊利石含量为输入变量时的BP神经网络预测效果较好,以岩芯密度、纵波时差、石英含量、方解石含量、伊利石含量及伊/蒙混层含量为输入变量时的BP网络预测效果最好。     

用激光扫描测振仪测定石膏悬臂梁动弹性模量

为了获得拱坝动力模型试验所用石膏的动弹性模量,首先通过数值方法(有限单元法)计算得到石膏悬臂梁试件的第一阶固有频率,再通过激光扫描测振仪对试件进行试验模态分析,测得石膏悬臂梁试件的第一阶固有频率.将由数值方法和试验模态分析分别得到的第一阶固有频率,通过反演方法得到石膏在第一阶固有频率下的动弹性模量.试验结果表明:石膏在第一阶固有频率下的动弹性模量与静弹性模量相比,提高了约25.8％.     

岩石临界应变能释放率测试及其相关规律

利用Instron1342型电液伺服材料试验机,采用双扭常位移松弛试验对矿石、大理岩、二辉橄榄岩、花岗岩4组岩石的试件进行断裂力学参数测试,获得相应的临界应变能释放率.以试验数据为依据,分析这4组岩石的临界应变能释放率与弹性模量及抗压强度的关系.研究结果表明:随着弹性模量或抗压强度的增加,临界应变能释放率也相应增大,且呈很好的线性关系;所建立的关系可为由抗压强度估算临界应变能释放率提供依据与帮助.     

三向应力下岩石的强度和变形特性研究

为探讨岩石在三向应力作用下的强度和变形破坏规律及影响因素,采用MTS815电液伺服岩石力学试验系统,分别对砂岩和灰岩进行了三轴压缩试验。基于岩石的应力应变曲线与莫尔-库伦准则,对其残余强度、抗剪强度参数和弹性模量等力学变形特性进行了研究,并分析了孔隙率对岩石各类参数的影响。结果表明:围压对岩石的破坏特征有显著影响,岩石由低围压控制下的脆性破坏逐渐转变为高围压控制下的塑性破坏;横向应变的变化规律与侧向压力作用关系不明显,岩石在峰值应力处的横向应变几乎为定值,应力刚降至残余强度时的横向应变也近似为定值;与砂岩相比,灰岩的孔隙率较低,因而内摩擦角较大,峰值强度也越高,峰值后的残余强度降低得越明显;围压对低孔隙率岩石的弹性模量影响较小,而高孔隙率岩石的弹性模量随围压增加而增大。     

川西须二段岩石力学及动静参数转换模型研究

岩石力学参数是制定钻井、完井及油气藏开发方案的重要依据。选取川西须二段地层95块岩心,利用"MTS岩石物理测试系统"在模拟实际地层条件下测试岩心的岩石力学特征。研究表明岩石力学参数(抗张强度、抗压强度、弹性模量、内聚力、内摩擦角等)与各基础参数(密度、声波等)之间的相关性较好,实际应用中可根据资料选用相应统计关系式进行岩石力学参数的预测和计算。结合测井资料表明,动态弹性参数普遍大于静态弹性参数,且关系密切,动静态杨氏模量之间具有较好的线性关系,动静态泊松比之间的关系则非常复杂,其余弹性参数可利用它们之间的相互关系转换得到。通过对国内外的动静弹性参数转换模型调研,结合岩心刻度测井建立了适合川西须二段地层的岩石动静态弹性参数转换模型,为设计合理的钻探开发方案提供了一定的理论基础。     

酸腐蚀作用对岩石的接触变形和损伤的影响

为了探索岩石受酸性环境腐蚀的非破坏性检测方法,用冲击球压法研究花岗岩、大理石在质量分数为6%的盐酸溶液中压入深度-冲击荷载关系、损伤半径-拉应力关系及接触损伤的规律.将未受酸液作用的试样进行球压试验后浸泡于酸液中进行损伤区扩展试验.对岩石压痕损伤区的形貌特点进行表征,阐明接触损伤对岩石材料的潜在危害.研究结果表明:在盐酸的持续作用下,花岗岩的表面弹性模量缓慢降低,大理石的表面弹性模量迅速降低,其中,90 d时花岗岩表面弹性模量下降52.7%;15 d时大理石表面弹性模量下降92.2%,未到90 d时,材料整体发生溶蚀;90 d时花岗岩的损伤区扩展31.9%,而大理石的损伤区在15 d时扩展了128.9%.     

重复荷载作用下非饱和黄土的动力特性研究

通过对神河高速非饱和黄土在不同围压下进行振动三轴试验,测定了非饱和黄土的动弹性模量和阻尼比,以及黄土的动本构关系。结果表明,动弹性模量随动应变值增大而减小;在相同固结比条件下,动弹性模量随固结压力值增大而增大;随着动应变增大,非饱和黄土的阻尼比随之增大;非饱和黄土的动应力-动应变关系可近似用双曲线模型表达。同时分析了动弹性模量随动应变的规律,进一步验证动三轴试验中动弹性模量的变化规律的合理性。     

基于三轴加卸载试验的花岗岩弹性模量变异与能量演化分析

为了研究岩体的变形特征和能量特征与其所处应力状态之间的关系，开展了5种围压下花岗岩的三轴循环加卸载试验.基于应力-应变曲线，计算了循环加卸载过程中花岗岩的弹性模量和能量密度，分析了应力状态对弹性模量及能量演化规律的影响.研究结果表明：轴向弹性模量随围压的增大而增大，随轴向应力的增大先增大后减小.轴向弹性模量与最大、最小主应力呈现良好的二次函数关系.随着围压的增大，能量密度与弹性能占比(弹性能与输入总能量之比)均显著增大，岩石储能能力提高；随着轴向应力增大，弹性能占比先增大后减小.弹性能占比减小阶段即岩石损伤加剧阶段，围压的增加延长了岩石的损伤演化过程.最后讨论了应力状态、岩石力学参数及能量状态的关联性.     

临海环境下桥梁混凝土长期弹性模量试验研究

为克服传统测试方法的不足,建立临海环境暴露试验站,开展临海环境下桥梁混凝土长期静、动弹性模量试验研究。运用超声波平测法,取不同测距的接收波波峰相关散点进行回归计算,获取桥梁混凝土的纵波波速与表面波波速,根据动弹性模量与波速的数学关系,计算混凝土的动弹性模量。基于一批卵石混凝土试件的试验结果,分析混凝土动弹性模量随时间变化规律,构建5~20 mm和5~30 mm这2种连续级配粒径卵石混凝土试件的静、动弹性模量换算公式。结合预应力混凝土构件的长期弹性模量试验研究,验证所提出的静、动弹性模量换算公式的适用性。研究结果表明:混凝土的动弹性模量随时间逐渐增大,前期增长迅速,后期增长缓慢,增长速率随时间逐渐减缓。     

彭泽核电厂砂岩动力学试验研究

对江西彭泽核电厂一期工程主厂区的细砂岩和含砾石英砂岩进行了单轴循环加卸载试验,研究了2种岩性的阻尼比和动弹性模量与幅值、频率和深度之间的关系.结果表明:细砂岩和含砾石英砂岩在相同幅值变化范围和相同频率变化范围下,其阻尼比和动弹性模量的变化趋势类似;在不同幅值下,2种岩性的动参数不同;当循环频率在0.01～1.0 Hz范...     

砂岩弹性参数与波速关系的实验研究

为进一步了解岩石弹性参数(如杨氏模量、泊松比)与超声波波速的关系,将岩石加卸载循环实验和超声波测量实验同时进行,得到同一组样品的测量数据并作对比分析。实验结果表明,应力的变化会导致岩石样品的孔隙度、裂隙、岩石结构和构造的改变。受这些因素的影响砂岩的杨氏模量、泊松比、波速,也都会有规律地变化。较低应力水平时用小循环加卸载测得的动态弹性模量是不准确的,计算的波速也不准确,只有通过波速实验才能准确测出;饱水情况的加卸载纵波波速之差比干燥情况小,饱水波速大于干燥波速;动态泊松比比较稳定,但静态泊松比随着应力的增加而增加,从0.07增加到0.12,有趋近于动态泊松比的趋势;用P-M模型从微观概率分布入手,能够很好地解释静态和动态弹性参数的差别。通过本实验,采用回归分析的方法,成功建立起了岩石介质中弹性参数与波速的关系,为类似实验提供参考依据。     

地层条件下岩石动静力学参数的实验研究

在实际地层三轴应力和温度条件下 ,测量了 CX地区地表至 50 0 0 m深度砂、泥岩样品的静力学参数。对其中大部分样品进行了岩石力学和声波速度 (v P,v S)的同步测试 ,由此获得了在相同应力和温度条件下岩石的动、静力学参数。根据实验结果 ,讨论了在实际埋深条件下CX地区砂、泥岩的静力学参数、波速及动力学参数的变化特征 ,以及岩石动、静力学参数间的关系。     

三轴应力下饱和水砂岩动静态弹性参数的试验研究

建立了一套试验装置，以解决含水岩样变形的电阻应变片测量问题，并实现有孔隙压力的三轴应力下饱和水岩样纵、横波速度和变形的同步测试，通过时８块砂岩岩样的测试，初步得出了饱和水砂岩波速和动静态弹性参数随应力状态变化的基本规律，给出了岩石静态弹性模量和静态泊松比随岩石密度、孔隙度和围压等参数变化的多元线性回归关系式，并对动、静态弹性参数间的关系进行了初步分析。     

岩石动态与静态弹性参数差别的微观机理

根据对岩石动、静态弹性参数的观测结果及岩石力学与岩石物理学的相关理论 ,对动、静态弹性参数差别的微观机理进行了分析。结果表明 ,动、静态弹性参数存在差别是由于岩石内部存在微裂隙与孔隙流体。在不同应变幅值和频率的动、静态载荷作用下 ,微裂隙与孔隙流体的微观变形特征不同。在静态大应变下 ,沿颗粒边界或裂隙面的摩擦滑动使岩石表观模量减小 ,而声波引起的应变很小 ,不足以引起这种滑动。另外 ,动态载荷下岩石处于“不排水”状态 ,并因“粒间喷流”引起模量频散 ,使得岩石动态模量高于静态模量     

微梁传感器弹性模量的测试

利用一种静态和两种动态的检测技术,对红外辐射探测微悬臂梁式传感器材料的弹性模量进行了测试研究.在静态检测实验中,利用纳米硬度计直接测出传感器材料的弹性模量;在动态实验中,分别利用谱平面光学滤波法和多普勒测振仪得到微悬臂梁传感器结构的固有频率,再结合数值模拟计算求出传感器的等效弹性模量.通过几种检测结果的分析和比较,获得了更加精确的微梁传感器单元的弹性模量值,为微梁的优化设计和评估提供了可靠的参数.     

层状岩石动静态力学参数相关性的各向异性

本文在系统测试分析层状岩石单轴抗压强度、弹性横量及弹性纵波波速各向异性规律的基础上，研究了层状岩石单轴抗压强度及弹性模量与弹性波速间相关性的各向异性规律，从而为工程实践过程中建立合理的相关方程提供了科学依据。     

鄂尔多斯盆地F区力学特征及地应力分析

地层的力学特征是井身结构设计和钻井液设计的重要基础。以鄂尔多斯盆地F区扩径较高的延长组为研究对象,通过三轴压缩实验、巴西劈裂等室内实验得到其抗压强度、弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角和抗张强度等静态岩石力学参数,通过声波时差、密度等计算其动态岩石力学参数,建立动态和静态岩石力学参数之间的转化关系。通过工区的压裂资料,反演出延长组的地应力分布,进而计算出地层的坍塌压力和破裂压力,建立地层的三压力剖面,为延长组的井身结构设计和钻井液的设计提供参考。     

裂隙矿岩的动载特性

用ＳＨＰＢ高速冲击试验机，对４种不同裂隙类型的矿岩进行高速冲击试验，测定矿岩在高速冲击作用下的应力波形，应变历史，应变率历史，应力历史，应力－应变曲线，应力－应变－应变率的关系，应力－应变－裂隙类型的关系。算出动态破坏强度和动态弹模，定量进行动静态矿力学物性比较，得出裂隙矿岩与完整矿岩在不同力学状态下的数值关系。     

水化学损伤对岩石弹性模量的影响

在常温常压下,对纯净水静泡、循环以及水溶液循环作用下花岗岩的弹性模量进行了实验。结果表明：水化学作用后岩石的弹性模量出现了不同程度的下降,即水溶液对岩石弹性模量的影响是与水－岩化学作用密切相关的。