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     

利用岩石Kaiser效应对地应力的测试实验

介绍了利用岩石声发射Kaiser效应测试地应力的原理、方法以及测试技术,根据弹性力学理论推导出岩体测点处地应力方程.按6个特殊方向对所取岩样进行制取,并对岩样进行声发射测试,由此结果计算出单向正应力值和3个主应力的大小及方向.其实验研究结果可为工程提供借鉴和参考.     

基于声波信号预测Kaiser应力点的水平地应力

声发射实验测试地应力方法需从地层原位取得的全尺寸岩样上钻取4个小尺寸岩芯,分别进行加载实验下的声发射测定.该方法将造成地层岩样损失,地应力评价成本较高.为此,根据岩石声学性质与力学特性具有较好的相关性特征,基于大量岩石试件的声波时差实验数据和加载条件下的声发射实验数据,构建声波时差与岩样Kaiser应力点的关系模型,并...     

基于某隧道岩石Kaiser效应测试及区域应力场数值分析

用美国产MTS815程控伺服岩石刚性试验机和AE210声发射测试系统,对6个不同方向的隧道主洞定向砂岩样进行单轴压缩试验;同时测定岩样在受压过程中产生的声发射信号。通过能量累计(对数)、振铃计数、荷载与到达时间的关系图,导入CAD,综合选定6个方向Kaiser效应点。根据弹性力学理论基础,用工程Maple软件计算出3个主应力的大小和方向。为了验证该方法选取特征点计算结果的可靠性,用有限元Phase软件对工程区区域构造应力场特征进行数值分析。结果表明:试验测试值与应力数值模拟值较相近,说明声发射试验结果可靠;并得出该隧道现代地应力场基本应力值为14.48 MPa,应力场方向为EW向,此结果对隧道设计和施工有十分重要的意义。     

不同岩石声发射活动特性的实验研究

应用声发射及其定位技术,对不同岩样破裂过程的声发射活动规律进行实验研究,借以揭示不同岩样的破裂失稳机理.实验结果表明:几种岩石的破坏模式相同,均发生劈裂破坏;在相同实验条件下,在初始加载时,5种岩样产生的声发射事件均比较少;随着载荷的增加,不同岩石的声发射活动表现并非一致,砂岩在整个加载过程产生的声发射事件数最少,而花岗岩产生的声发射事件数最多;砂岩和花岗岩(红色)其声发射事件变化率非常明显,在破坏前无任何征兆;由于声发射事件定位是时差定位法,岩样波速影响着声发射事件的定位,砂岩、大理岩(黑色)及花岗岩(红色)等岩样没有得到定位结果;而花岗岩与大理岩的声发射定位结果,直观反映了其内部裂纹初始、...     

不同围压条件下花岗岩压缩破坏声发射特征细观数值模拟

采用颗粒流软件PFC2D从细观上对侧限压缩下的非均匀花岗岩岩样进行了声发射(AE)时空特征研究.结果表明,随着围压的增加,岩样破坏的峰值荷载提高,破坏形式由突发失稳逐渐转变为渐进式破坏.岩样声发射的峰值出现时间和岩样的峰值破坏不同步,存在一定的滞后,大约出现在峰后90%峰值荷载处.在岩样破坏前均存在声发射的相对平静期,围压的大小不仅对声发射的时序特征有显著影响,而且声发射相对平静期也随着围压的增加而延长.通过对应变能的追踪,发现在声发射相对平静期存在应变能被吸收的现象,验证了在岩石破坏过程中存在损伤愈合过程.     

花岗岩Kaiser效应的实验验证与分析

应用八通道的声发射系统,实验研究了10个花岗岩试样(150 mm×150 mm×150 mm)在单轴压缩循环荷载作用下的Kaiser效应,同时研究了保载、旋转(90°)加载和延时加载对Kaiser效应的影响.应用单纯形算法对声发射事件进行定位,研究裂纹扩展过程.结果表明:在初次加载条件下,声发射事件连续急剧产生,反映岩样本身的损伤程度;在岩样线弹性循环加载阶段,花岗岩表现出明显的Kaiser现象,同时表明岩石具有一定的受载记忆能力;声发射事件定位结果明显显示出裂纹的初始、扩展过程,与实际观察到的岩样破坏结果是一致的.同时发现保载、旋转(90°)加载和延时加载对Kaiser效应没有影响.但是,一...     

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.     

四点弯曲试验条件下页岩的声发射特性

利用PXWAE型声发射系统进行了四点弯曲试验条件下页岩的声发射试验研究,试验中记录了岩样所受的最大弯曲应力、弯曲应变、声发射事件数、声发射能量等多个参数。研究发现,垂直页岩层理施加荷载时,在四点弯曲试验条件下其凯塞效应是存在的,凯塞点可以直接通过应力与累计声发射事件数曲线得出;但受自身水平层理结构及局部破坏的影响,应变在受载过程中会发生松弛现象,不易直接由应变-声发射试验曲线判断出岩石的凯塞点,必须结合其它试验数据以及岩样的最终破坏形态综合判断。弯曲应力状态下岩石的声发射特性研究对于利用声发射技术进行矿区顶板或隔层的稳定性监测具有一定的工程指导意义。     

岩石损伤破裂过程与声发射特性耦合规律实验研究

采用MTS岩石力学试验系统和PAC公司SAMOS声发射监测系统,开展了灰岩、大理岩试样单轴受压破坏过程声发射特性试验,研究了岩石受力、变形过程中,声发射事件时间序列、空间分布、能量和b值等声发射参数特征,分析了岩样损伤破裂不同阶段与声发射参数的内在联系与特征规律.研究表明,岩石试件宏观破坏前,岩石中的裂纹处于非稳定扩展阶段,声发射事件急剧增加,达到弹性变形阶段的5～8倍,并逐渐向破裂面集中,弹性能加速释放,声发射累积能量急剧增加,为弹性变形阶段的103倍;声发射事件的振幅明显增加,可达弹性变形阶段的10倍;声发射波形峰值前的延续时间相对较短,频谱分散,出现多峰现象;通过对岩样的声发射源定位,有效采集到微损伤“积聚区”,该区域的微损伤密度明显大于试样其它区域;随着岩样中微裂纹的局部扩展、贯通直至岩样破坏,b值和M值发生显著变化,岩样破坏前b值急剧减小,声发射事件震级明显增大.     

基于声发射监测的巴西盘试样破裂过程

应用声发射及盖格尔定位算法,实验研究了不同巴西盘岩样加载破裂失稳过程.结果表明:声发射事件主要由于裂纹扩展产生,在初始加载阶段直至裂纹萌生之前,其声发射活动不是很明显;一旦岩样出现初始裂纹,在相应的应力点声发射事件明显增多;在微裂纹扩展的非稳定阶段至岩石破坏瞬间,声发射活动变得异常活跃,声发射事件变化率最大.由此直观反映了巴西盘试验过程初始裂纹的产生、扩展空间位置及扩展方向,即大部分试样的破坏是从一加载端开始,而少数试样的初始裂纹是在岩样的内部产生.同时,声发射事件定位也是岩样内部应力场演化过程的宏观表现,这对于深入研究岩石破裂失稳机制很有意义.     

预制节理岩体卸荷损伤破坏机理及声发射特征试验研究

基于节理岩体在卸荷作用下的力学状态能更真实地反映实际工程中岩体的力学行为,对含预制节理岩体进行三轴压缩及卸荷破坏声发射试验研究。研究结果表明:与完整岩样相比,节理岩样的破坏并不是一次性的,存在明显的应力降现象,其脆性特征与完整岩样相比不够明显;在卸荷试验中,节理岩样极限强度明显比完整岩样的小,与常规三轴强度相比,完整岩样和节理岩样卸围压试验的峰值强度平均降幅分别9.13%和18.81%,表明在卸荷试验中节理岩样更易发生破坏;节理岩样在破裂过程中发生多次应力降,每次应力降发生时,声发射振铃计数率突增,此外,节理岩样在卸荷试验中的破坏程度与完整岩样相比较弱。     

声发射法测试岩石先期应力值的可行性

本文根据岩石声发射类型和一个试验实例,讨论了应用声发射法测量岩石先期地应力的可行性和精度。     

适用于复杂试验条件下的声发射传感器布置装置设计

在岩石声发射实验中,合理布置声发射传感器至关重要.声发射传感器一般在夹具夹持情况下通过凡士林紧密贴合在岩样表面,常规方法操作比较繁琐,并且裸露在外的声发射传感器及其数据传输线很可能对其他实验和操作造成干扰.针对这一问题,研制了一套适用于多种试样尺寸的声发射传感器布置安装系统,并开展了相应的岩石直剪声发射试验和单轴压缩声...     

电瓷受恒定负荷时的声发射衰减规律

检测了验收试验时电瓷的声发射计数率，根据陶瓷断裂力学推导了恒定负荷下声发射计数的衰减规律，这一规律被实验结果很好地证实，可见，用声发射无损检测法对陶瓷材料进行强度预测是可行的。     

岩石破坏过程声发射信号的级频维数特征

为了解岩石损伤变形破坏过程中产生的声发射信号的级频维数特征,利用先进的MTS815岩石力学性能试验系统和PAC的DISP-II声发射仪,对大理岩试样进行了常温下力学性能的实验研究和理论分析,系统地分析了岩石变形破坏过程中的声发射特征及其力学机制.研究结果表明:在同一应力水平下,随着嵌入空间维数m值增大,声发射过程的关联维数也相应增加,而自相似程度随着m值的增大而减弱;级频分形维数随着岩样所受应力的增加呈降低的趋势,试件破坏时级频分形维数达到某一最小值,这体现了岩样破坏前损伤局部化特征.     

应力对材料磁声发射频谱特征的影响

通过对Ａ３钢、４５钢的不同应力条件下产生的磁声发射信号的强度分析，得出了磁化场，材料中所受应力及材料内的组织结构等对材料磁声发射强度影响的规律，当试样分别处在拉、压应力状态下时，通过对磁声发射信号进行频谱分析，从中找出了利用磁声发射方法测量应力时鉴别应力正负值的新方法。     

高温对油气藏隔层岩石力学性质的影响

高温会改变SAGD隔层岩石力学性质,进而影响隔层的完整性。通过对某区块油藏隔层岩石成分进行确定后制作人工模拟试件。将制得的标准人工模拟试件分为6组,分别在不同温度(20℃、100℃、200℃、300℃、400℃、500℃)下处理3 h。对试件在处理前及处理后分别进行声波测试试验、抗拉试验和单轴压缩试验,同时在抗拉试验和单轴压缩试验过程中通过声发射对岩样的变形破坏过程进行监测。通过实验研究,得到了不同温度对岩样动态弹性模量、抗拉强度、静态弹性模量、静态泊松比及声发射相关参数的影响。从而得到试件的相关声发射及力学参数在加温前后的变化规律,及其随着温度的变化所发生的变化趋势。     

单轴载荷作用下岩石损伤演化及声发射特性研究

本文通过对两种不同岩石试样进行了单轴载荷破坏过程中声发射特性试验,得到了岩石全应力应变破坏过程中,声发射事件时间序列、事件累计数时间序列等声发射特性,分析了岩样损伤破裂不同阶段与声发射参数的内在联系与特征规律,研究表明,声发射信息反映岩石内部的损伤破坏情况,与其内部原生裂隙的压密及新裂隙的产生、扩展、贯通等演化过程密切相关,通过声发射事件数参数拟合出的理论应力应变曲线能够合理地反映岩石实际的应力应变和损伤演化特性,对预测预报岩石破坏失效的过程具有有着极其重要的理论价值和实际意义。     

地应力测试及其在勘探开发中的应用

对国内外地应力测试与应用工作现状进行了综合分析。论述了地应力的分布规律、地应力的矿场和岩心测试方法、地应力的计算及其在油气勘探开发中的应用等。分析了水力压裂法、井壁崩落法、声发射法等地应力测试方法的原理、应用范围及计算方法,对目前应用的测试方法中存在的问题进行了研究,并指出了进一步发展的方向及需要解决的主要问题。结合油气勘探开发的需要,对油田开展地应力研究问题提出了建议。