层理性泥页岩大斜度井井壁稳定性研究

层理性泥页岩的井壁失稳是制约深部油气钻井成功的关键问题之一。由于强度的各向异性,钻进大斜度井时更容易发生严重的井壁失稳问题。根据多孔介质弹性力学理论,建立了大斜度井井周应力状态,采用双重坐标转换,得到了井周集中应力在层理面上的分布。层理弱面和岩石基体均采用莫尔-库仑破坏准则,建立了层理性泥页岩大斜度井井壁稳定分析方法,综合考虑了层理面产状、井斜方位和地应力等因素的影响。研究结果表明,对特定产状的层理面而言,井斜角和方位角对井壁稳定性有重要影响。当井斜角超过一定角度后,坍塌压力急剧升高,井壁失稳风险增大,维持井壁稳定需要的钻井液密度较高,向水平最大主应力方向钻进大斜度井时坍塌压力最高,井壁失稳风险最大,应尽量避免井眼方位与水平最大主应力方向一致。     

川南硬脆性页岩井壁失稳机理实验研究

川南地区是我国最早开发页岩气的地区,肩负着推动我国页岩气发展的重要任务。但是川南地区页岩气藏钻井过程中井壁垮塌严重,影响了该地区页岩气藏的勘探开发进程。基于现场取芯室内实验,从微观结构、矿物组分及流体对岩石物性的影响,对该地区页岩进行研究。分析了硬脆性页岩稳定性。得出该地层井壁失稳机理主要是在井筒压差以及毛管力作用下钻井液滤液沿层理面渗入,导致层理面的力学性质发生变化,从而引起页岩整体强度下降出现剥落,最终造成井壁失稳垮塌。通过对该区块页岩实验研究分析,为该地区页岩钻井过程中钻井液优选提供有效的理论支撑,确保页岩层段钻进高效、顺利地进行。     

三向应力状态下层理性泥页岩地层井壁稳定性研究

层理性泥页岩地层钻进过程中,极易发生井壁失稳问题,严重影响了钻井作业效率,增加了勘探开发的成本。探索了层理性泥页岩地层的井壁失稳机理,开展了考虑钻井液作用下层理性泥页岩地层在真实三向应力状态下的井壁稳定性预测模型研究。研究表明:忽略中间主应力的影响不能准确预测层理性泥页岩地层坍塌的风险;钻井液滤液沿层理面的渗流会降低层理面的黏聚力和内摩擦角;并随时间的变化显现出快速降低和平缓降低两个阶段;改进的层理性泥页岩地层井壁稳定性分析模型能够真实反映地应力状态和井壁岩石的力学特性,现场应用表明其能够比较准确的预测层理性泥页岩地层的井壁稳定性。     

层理性页岩水平井井壁稳定性分析

基于孔隙弹性力学和单结构面强度理论,建立层理性页岩水平井井壁稳定力学分析模型,分析层理面产状(走向、倾角)、井眼轨迹(井眼方位)和层理面强度弱化对水平井井壁稳定的影响。研究结果表明:页岩层理面产状和层理面强度弱化是导致水平井井壁坍塌失稳的主要因素;层理面倾角为0°~30°时,沿着任何方位钻水平井的井壁稳定性都比较差,而层理面倾角为30°~90°时,沿特定方位钻水平井的井壁稳定性却比较好的,这便为井眼钻进方位的优化设计提供重要依据;层理面强度弱化的影响可以比层理面产状的影响更大,不同产状下坍塌压力差异可达0.45 g/cm3,而层理面强度弱化导致的井壁坍塌压力可增加约0.54 g/cm3;钻井液在渗透作用下沿层理面侵入地层,导致层理面黏聚力和内摩擦角降低,使井壁岩石更容易沿层理产生滑移,从而加剧井壁坍塌失稳的风险。最后,采用该模型在四川东南部威远构造第一口页岩气水平井W201-H1井进行了验证,井壁坍塌压力分析结果与实际情况吻合良好。     

南堡油田硬脆性泥页岩地层井壁失稳原因实验

冀东南堡油田中深层硬脆性泥页岩地层钻井过程中,井壁垮塌现象频发。为充分认识中深层硬脆性泥页岩井壁失稳机理,减少此类事故的发生,通过开展研究目标微观结构、理化特征以及钻井液对其力学特性影响的实验研究,定量研究了该区块影响井壁失稳的因素。结果表明:东二段至沙河街组泥页岩的矿物以黏土、石英为主,具有一定的脆性特征;阳离子交换容量高,岩石水化能力较强;宏观层理、裂缝、微观裂纹均较发育,应力释放及钻具扰动易使岩石发生劈裂或滑移;液相沿裂缝侵入地层导致岩石水化膨胀,降低泥页岩结构强度;在钻井液正压差作用下,产生水力尖劈作用,导致地层破碎,诱发井壁失稳。因此,预防此类泥页岩地层井壁失稳需严格控制钻井液滤失量,加强钻井液的封堵能力。针对该区块的室内实验研究,为该区块硬脆性泥页岩的安全、高效钻进提供了理论支撑,同时也为同类型地层的井壁失稳机理研究提供了技术参考。     

基于FLAC3D的基坑边坡稳定性数值分析

以某市基坑边坡为例,采用强度折减法,对其进行FLAC3D数值模拟分析,计算分析不同工况下的边坡稳定性系数、剪应变率和位移值,并得出加固后的锚杆受力情况,为边坡工程设计提供合理的建议和依据。     

基于GOCAD地质模型建筑高边坡FLAC3D数值模拟

对于高陡边坡的稳定性分析,采用三维数值模拟法能够比较直观的掌握岩体从变形到破坏的发展过程,可以弥补传统方法的不足,对正确评价边坡的稳定性具有重要的地位和研究意义。采用GOCAD软件建立复杂三维地质模型,并通过编写GOCAD模型转换为FLAC3D模型的接口程序,建立FLAC3D模型。FLAC3D模拟计算结果表明,边坡开挖后无支护状态下,其最大位移为90.78 mm,稳定系数为0.981,边坡不满足变形和安全要求,需要进行治理。通过FLAC3D对开挖后的坡体进行动态模拟分析,可为同类边坡的开挖提供一定的技术参考。     

页岩储层水敏性及井壁失稳规律分析

页岩气储层段钻井过程中普遍存在严重的井壁失稳问题。研究过程中,将页岩储层与常规的盖层页岩做了对比,分析页岩储层水敏性,发现其受水化的影响程度较小,原因是蒙脱石等易水化粘土矿物含量远低于常规盖层页岩。同时结合四川盆地下志留系龙马溪组页岩所取岩芯进行的室内强度实验,在逆冲断层地应力下分析定向井井周应力状态,选取摩尔-库伦破坏准则,得出了页岩储层定向井的坍塌压力与破裂压力随井斜角、方位角的变化规律。研究结论可以为页岩气井钻井设计提供参考。     

全煤巷道锚喷支护下的FLAC3D数值分析

运用FLAC3D数值分析方法口孜东矿11-2煤巷围岩进行开挖与支护模拟,采用摩尔—库伦弹塑性计算模型,巷道围岩与支护结构之间采用接触单元,计算得出在锚喷支护条件下,巷道开挖段的顶板下沉、帮部水平收敛大小以及塑性区范围,为工程设计与施工提供参考。     

GOCAD与FLAC 3D接口程序设计

FLAC3D是岩土工程模拟计算常用的软件。但由于其命令行的运行模式,使得其建立复杂模型难度很大,需要处理的数据量也很大,往往要人工完成,容易出错。GOCAD是一个三维地质建模的软件,可以简单高效的建立复杂地质模型。本文用VisualBasic编写了将GOCAD中体模型（Sgrid）导入FLAC3D的接口程序,可以方便的将建立好的模型导入FLAC3D中。     

基于FLAC~(3D)的大伙房水库引水隧洞围岩变形分析

圆形洞室开挖后,使原来处于挤压状态的围岩失去支撑而向洞内松动变形;如果这种变形超过了围岩本身所能承受的能力,则围岩就要发生破坏。本文应用FLAC3D数值模拟软件对15+800～15+900段隧洞围岩的变形进行了分析和评价。结果表明,地下洞室开挖穿过断层带时,围岩的塑性区域会增大;围岩在同一开挖方式下,破碎带及其周围围岩变形规律基本相同,但位移值差异较大。     

FLAC~（3D）在红粘土深基坑中的应用

采用锚杆（索）墙对基坑边坡进行支护,可以有效地抑制基坑裂隙的扩展和发展,阻止基坑的侧向变形。利用FLAC3D的基本原理,对贵阳市某基坑的锚固设计进行模拟和分析,用模拟所得的计算结果与实际施工后基坑的进行比较,结果表明：使用FLAC3D软件对深基坑边坡进行稳定性分析是可行的,因此可以应用数值模拟方法提前对基坑施工过程进行仿真模拟,预测变形的发展变化,发现工程中薄弱部位,以指导设计及施工中采取进一步有效措施。     

FLAC3D在分析露天矿滑坡机理中的应用

针对得出滑坡机理,阐明了FLAC3D程序在露天矿边坡稳定性分析中的特点,结合宝日希勒露天矿边坡的实际问题,利于有限元强度折减法,对边坡稳定性进行分析计算,得出了滑坡机理,确定边坡变形破坏形式,为滑坡治理提供科学依据.     

基于FLAC3D的移动荷载作用下基坑结构响应的分析

文章分析了深基坑支护结构在移动荷载作用下的动力响应问题,建立了相应的有限元实体模型,通过FLAC3D软件进行动力响应分析,并讨论了深基坑结构在不同移动荷载速度作用下的位移和应力变化;计算结果表明,速度大小对深基坑支护结构的动力位移和内力响应有较大影响,并为此类结构的设计提供参考依据.     

FLAC3D在云锡卡房分矿边坡稳定性分析中的应用

边坡稳定性问题一直是工程地质研究的重点,正确进行边坡稳定性的分析,对指导生产建设具有重要的意义.FLAC3D有限差分软件是国际通用的岩土工程分析软件,用于模拟三维土体、岩体或其他材料力学特性,尤其是达到屈服极限时的塑性流变特性,在边坡稳定性分析中具有重要的应用.运用FLAC3D进行云锡卡房分矿边坡的稳定性分析,得出卡房分矿边坡的稳定系数,并对边坡的变形特征进行分析.     

顶管工作井围护开挖过程的FLAC3D模拟

针对典型的圆形顶管工作井,采用三维有限差分程序FLAC3D法,建立了数值模拟模型,研究了圆形顶管工作井分步开挖引起的土体水平位移及水平应力变化,以及围护结构所受水平应力的分布特征.研究表明:圆形工作井井壁从地面向下6 m范围内的土体发生了圆弧滑移破坏,最大位移发生于工作井从地面向下8～12 m 的范围内,最终形成中间大,两端小的形状;井壁土体水平应力随开挖深度变化较小,围护结构所受水平应力较小,有效地发挥了其功效;三维有限差分法能较好地模拟顶管工作井的施工动态,模拟结果也为类似工程地质条件下圆形顶管工作井的施工提供了重要的参考.     

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。     

刘桥一矿地应力现场实测及反演分析

为了分析刘桥一矿深部水平的地应力分布情况,采用套孔应力解除法和改进型空心包体应变计测量技术,对刘桥一矿6采区地应力进行了现场测试。在测试结果的基础上,运用FLAC3D计算软件对该区域的应力场进行了反演计算,最后综合二者结果得出了该区域的地应力分布规律。为该采区的巷道布置和巷道支护提供了有益的参考依据。     

急倾斜矿体充填法回采的FLAC~（3D）模拟

针对四川省宁南县银厂沟矿和骑骡沟矿开采,采用三维有限差分程序FLAC3D法,建立了两种不同水平回采厚度的上向分层充填法开采的数值模拟模型,研究了采场上覆岩层的稳定性.研究表明:矿体厚度对采场的稳定性起着决定性作用;适当地选择采空区的暴露面积是控制采场围岩灾变的有效途径;三维有限差分法能较好地模拟上向分层充填法的开采动态,模拟结果也为类似条件下矿山的开发提供了重要的参考.