套芯法地应力测量中钻孔轴向主应力偏高现象 …

通过对地应力实测资料的分析,论述了套芯法地应力测量中产生钻孔轴向主应力偏高现象的原因,提出了克服此类现象的针对性措施。     

基于地应力实测值的断层构造区域地应力场有限元回归反演分析

结合四川省长河坝水电站地下厂房硐室工程,考虑地形、地貌与断层等地质构造,建立了三维有限元模型,基于实测地应力值,采用多元线性回归分析方法对地应力场进行反演,以分析地下厂房区的地应力分布情况.结果表明：地下厂房硐室岩体地应力的实测值与有限元法所得反演值吻合较好,回归分析方法适用于对地应力场的反演;工程区域的水平地应力大于竖向地应力,并且地应力量值随着垂直埋深与水平埋深的增加而增大;断层附近的地应力出现了局部应力集中现象,须引起注意.     

岩芯饼化机制及应力分析

采用数值模拟方法从不同地应力组合方式入手探究了地应力对岩芯饼化的影响.研究表明:当地应力超过一定值时,出现岩芯饼化现象,即高地应力才会引起岩芯饼化;当径向应力达到35 MPa时,岩芯开始出现饼化现象,径向应力是影响岩芯饼化的主要因素,而轴向应力仅使岩芯表面产生局部破坏;径向应力一定的情况下,随着轴向应力的增大,岩芯饼化逐渐减弱;岩芯饼化的形成过程以剪切破坏为主,并伴有少量的拉破坏;岩芯饼化现象的发生是一个复杂的力学过程.     

油田深部地层地应力测定的新方法

介绍了用声发射法测定深部地层地应力的原理，提出了一套利用声发射凯塞尔效应和抹录不尽现象，通过室内循环加载来准确测定井下岩样所受的３个主地应力的新方法，并对岩样的准备、实验参数设置及岩样恢复时间等因素对试验结果的影响进行了分析．用３个油田的现场地应力的实测结果进行了准确性验证，结果表明，精度可达要求     

低地应力区地下洞室开挖后围岩应力数值模拟

以西北地区某水利工程地下洞室工程为例,采用弹塑性二维有限元法对低地应力区地下洞室围岩开挖后围岩应力进行了数值模拟研究,模拟出了低地应力区地下洞室围岩开挖后围岩应力值及其分布规律.结果表明,低地应力区地下洞室开挖后洞室围岩形成应力集中现象,侧壁位置处产生的压应力值大于洞顶位置压应力值,且洞顶产生拉应力.该研究成果将有助于进一步研究低地应力区地下洞室围岩变形破坏机理及其稳定性,对保障地下洞室工程的圆满进行具有重要的理论价值和现实意义.     

油田深部地层地应力测定的新方法

介绍了用声发射法测定深部地层地应力的原理，提出了一套利用声发射凯塞尔效应和抹录不尽现象，通过室内循环加载来准确测定井下岩样所受的３个主地应力的新方法，并对岩样的准备、实验参数设置及岩样恢复时间等因素对试验结果的影响进行了分析。用３个油田的现场地应力的实测结果进行了准确性验证，结果表明，精度可达要求。     

复杂断块构造的地应力场研究——以海拉尔盆地贝尔凹陷希3断块为例

根据贝尔凹陷希3断块的井孔崩落资料以及差应变和波速各向异性法得到的地应力测量数据,采用有限元约束优化反演法,对希3断块的三维地应力场进行了模拟,探讨了断层对地应力场的影响以及断块构造的地应力分布特征.研究结果表明:断层附近的地应力分布主要受邻近断层的影响,且与扰乱程度、断层的几何尺寸和距离断层的远近等因素相关.不同类型断层的纵向延伸加剧了纵向上地应力场分布的复杂性.这一现象在单断式断块油气藏有所体现,在双断式、三断式以及断阶式断块油气藏中表现得尤为突出;断层对应力方向的扰动作用在弹性模量高的硬地层中更为剧烈.离散"点"的实测值不能全面反映断块构造应力场全貌,三维数值模拟是断块油气藏地应力场定量分析的有效手段.     

矿区地应力测量及非线性有限元计算的研究

为了防止矿井动力现象（矿山压力、冲击地压、煤与瓦斯突出、二氧化碳突出等），保障矿井安全生产，必须全面了解矿区地应力分布规律。本文首先介绍了矿山现场用空芯包体法测试地应力的方法、步骤及仪器。在此基础上，用大型非线性有限元结构分析的ＡＤＩＮＡ程序在微机上进行了地应力数值分析，并将计算结果用ＡＤＩＮＡ后处理程序绘成了图表，分析计算结果对矿山现场工作有指导意义。     

地应力测量方法综述

通过分析大量有关地应力测量的相关研究资料,系统地概括了地应力测量的发展历程及研究现状,对地应力测量方法进行了归类分析,明确了各种方法的基本原理及优缺点,认为现有地应力测试手段均具有一定的适用条件,地应力的精确测量是一项综合性的测量,同时总结了地应力测量时需要注意的关键问题,最后对地应力测量的发展前景作了简单探讨。     

玄真观隧道结构开裂原因分析

兰渝铁路玄真观隧道DK623+180~DK623+808段开挖后陆续发生围岩纵向开裂、支护变形、已施工的二次衬砌开裂、仰拱填充隆起等病害。通过补充勘探、地应力测试,发现玄真观隧道地应力存在局部集中现象,主应力方向变化较大;又采用计算模型进行了模拟分析,表明高地应是造成病害的原因。     

热膨胀系数对气体钻井井底岩石应力场的影响

气体钻井中高压气体通过喷嘴发生焦耳—汤姆逊效应,导致井底温度降低,井底低温影响井底附近岩石应力分布。在热膨胀系数为常数和随机变量两种情况下,研究了低温对气体钻井中井底岩石应力分布的影响。结果表明：井底温度降低,切向应力增大,径向应力减小,意味着井底温度降低,岩石变得容易破裂,有利于提高机械钻速;热膨胀系数为常数和随机变量两种情况下,应力分布趋势相同,只是数值上有所差别,热膨胀系数为随机变量时的切向应力数值大于热膨胀系数为常数时的切向应力。     

基于应力分析的钻具设计方法优化

钻具钻进过程中不断振动,其产生的交变应力促使钻具发生疲劳失效。钻具组合设计时多是考虑轴向应力对钻具的影响,很少考虑到振动的影响,考虑因素单一。为提高钻具钻进过程的安全性,基于钻柱所受轴向应力,考虑钻柱振动时所受动态应力,结合疲劳失效原理,建立了一种应力安全分析模型,并通过室内试验验证模型的合理性,进而分析钻柱整体在不同钻进条件下的安全系数和存在的危险位置,总结提出钻具组合优化方法。结果表明：转速对钻具的安全系数影响较大,钻压的影响程度较小;除了钻具井口位置,加重钻杆底部、钻铤底部均存在疲劳失效的可能;钻具优化方法可以提高钻具整体安全性。本文从应力方向角度分析了钻具的安全情况,提出了优化方法,为以后的钻具设计提供了参考。     

基于拱效应的钻探塌孔机理分析及对策

针对钻探勘察中塌孔事故易发现象,通过地应力和地下水渗透力两个影响因素对塌孔的机理进行了探讨.钻孔开挖打破了初始应力平衡状态,经应力调整达到二次平衡状态后,在钻孔周围形成最大主应力环绕的拱效应现象.推导了拱效应区域与钻孔半径、土体侧压系数的理论公式,认为地应力是造成钻孔在黏性土等可塑、软塑土中“缩孔”的主因.通过5组工况对拱效应的理论进行了验证,在卵石层中,地下水向钻孔内渗透,冲蚀卵石间的填充砂是造成卵石向钻孔内坍塌的主因；提出采用黏性土护壁、套管护壁以及混凝土护壁3种预防、处理塌孔的对策,同时以宁天城际一期工程初步勘察钻探的实例对理论分析进行了验证.     

用三轴应力防塌实验优选钻井液配方

研究了使用三轴应力防塌实验优选钻井液配方的技术，探讨了制样方法及仪器各测量参数间的关系，用三种不同配方的钻井液分别对吐哈油田台参２井Ｊ３ｑ和Ｊ２ｓ地层的防塌特性进行了评价，其中最好的钾铵基聚磺钻井液经１３６２ｍｉｎ三轴实验后岩样的轴向变化量仅为０．０１２ｍｍ，岩样的冲蚀率约１０％，可有效防止胜北构造井壁垮塌．由于三轴实验的动态实验条件，这种方法优选的钻井液配方比热滚实验更符合钻井实践．但机械成型的人造岩心的内部结构仍无法完全模拟天然岩心，因而流速、围压等实验条件对岩样的水敏破坏评价会有明显影响     

管棚成孔引起的地表沉降

针对浅埋暗挖法施工中管棚成孔引起的地表沉降，通过离心模型试验，分别就中108和中159管棚成孔应力释放产生的地表沉降进行模拟分析，归纳出地表沉降与管棚数量和管棚直径相关的方程．以南京地铁1号线南京站站的下穿沪宁铁路的双洞隧道的72根管棚施工为例进行计算，所得的近似解与实测值具有良好的一致性．     

爆炸应力波作用下的凿岩爆破破岩模拟

爆破破岩是爆炸应力波和爆生气体载荷共同作用的结果,本文采用改进的DDA方法模拟爆炸应力波作用下的爆破破岩过程. 采用Hopkinson层裂算例验证了DDA方法对应力波传播和动态断裂破坏问题模拟的准确性. 通过在炮孔壁上施加三角冲击载荷,模拟再现了凿岩爆破中爆炸应力波作用下的孔周破坏、自由表面剥落、碎裂漏斗区域形成、较远区裂纹的扩展,以及岩体的抛掷,结合应力波传播模拟结果对破岩过程与机理进行了分析. 研究为进一步采用DDA模拟两种形式爆破载荷共同作用下的凿岩爆破创造了条件.     

气体钻井中钻柱力学性能及冲蚀实验研究

由于在破岩过程中受到冲击,气体钻井中的钻柱产生了交变应力,而钻柱旋转加剧了交变应力的变化,同时气体携带岩屑对钻柱产生冲蚀,加速了钻柱的失效。钻柱主要失效形式为疲劳断裂,这跟钻柱所受应力大小及变化密不可分,因此,开展气体钻井过程中钻柱力学性能和冲蚀研究,掌握钻柱应力变化规律及岩屑对钻柱的冲蚀规律,是减小和防止钻柱失效的基础工作,对增加气体钻井过程中的安全性和降低钻井成本有十分重要的意义。通过使用一种已开发出的可同时模拟气体钻井钻具振动和冲蚀的装置,进行了不同钻具组合情况下,气体钻井钻柱同时受振动和冲蚀实验。实验结果表明,气体钻井过程中,配置扶正器将使钻柱所受交变应力值变化范围降低40% 以上,扶正器和减振器的配合使用将使交变应力值变化范围下降50%,因此,扶正器和减振器的配合使用,将大幅降低钻柱所受交变应力,并延长交变应力作用周期,从而降低钻柱失效的概率。     

水下钻孔爆破应力分析与孔网参数优化

水下钻孔爆破中,影响爆破效果的主要因素是被爆岩石的峰值应力,而孔网参数的选取则直接影响岩石的应力变化。为探究水下钻孔爆破应力响应规律与最佳孔网参数,运用LS-DYNA软件,选用算法,建立有限元分析模型。通过数值模拟,研究了不同起爆方式、不同水深以及不同孔网参数条件下,被爆岩石的应力变化,发现了各条件下岩石的应力变化情况以及不同外部条件对水下爆破的影响。选出了符合爆破要求,而又节约爆破成本的最佳孔网参数模型。通过模拟得出各监测单元的应力变化,得出结论：(1)三种不同起爆方式其应力变化情况各有其特点。(2)在不同水深条件下,岩石的峰值应力变化较小,水深对于岩石峰值应力的影响可忽略不计。(3)在不同孔网参数条件下,由于孔距、排距、填塞长度变化,不同部位的峰值拉应力会出现一定的变化规律。根据数值模拟情况,最终通过分析讨论得出最优孔网参数。     

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.     

温度对气层气体钻井井壁稳定的影响

气体钻井过程中气体经过钻头喷嘴后产生焦耳-汤姆逊冷却效应,导致井底温度远小于地层温度。当气层被钻开后井壁围岩温度、孔隙压力和应力分布发生改变,容易引起井下复杂事故。为此,分析了井底低温对致密砂岩气藏气体钻井井壁稳定的影响。研究表明,井眼钻开后井底低温产生拉热应力,使近井壁有效应力减小,有利于防止岩石剪切失稳,但增加了岩石产生拉伸破坏的可能。气层气体产出使近井壁地层孔隙度和渗透率减小,不考虑井底低温时减小程度偏大。气体钻井近井壁可能存在塑性区,低温使塑性区向地层延伸更容易导致井壁失稳。塑性区的形成不仅取决于水平地应力,而且与垂向地应力有关。通常致密砂岩气藏埋藏较深,垂向应力影响大,其弹塑性分析需考虑三维主应力的影响。