川西孝泉—丰谷地区须二段深层致密砂岩储层地应力大小评价方法及其工程应用

[研究目的]川西坳陷孝泉—丰谷地区须二段砂岩气藏的勘探开发潜力巨大,但该地区埋藏较深且构造复杂、断缝系统多期叠加,使得地应力频繁变化,制约了该区井位轨迹设计与压裂改造的有效实施,故需对该区地应力大小进行精细评价,为工程开发提供建议从而提高产能。[研究方法]基于岩石力学、声发射实验及差应变分析等实验测试方法,并结合常规测井、特殊测井及水力压裂等资料分析,优选了适应于深层块状均质致密砂岩储层的地应力大小实验测试方法,并在单点地应力大小准确评价的基础之上,构建了研究区分构造变形单元分层的单井地应力大小连续测井解释模型,查明了纵向上地应力大小变化结构类型及分布规律。[研究结果]研究表明差应变分析法计算的地应力大小精确度最高,为更能够准确表征深层均质块状致密砂岩地应力大小的实验方法。测试结果显示须二段属于Ⅲ类地应力类型,处于走滑应力状态,存在部分逆冲挤压应力状态;在井点测试的基础上,形成了基于井壁影像反演的地应力大小评价技术;地应力大小结构变化在纵向上分为5种类型,其中南北向(SN)三级以上断层和南北向(SN)褶皱或北东东向(NEE)褶皱变形的高部位以低低高(LLH)型和低应力(LC)型为主,在小规模断层或平缓构造区以高低高(HLH)型或高低低(HLL)型为主。[结论]建议选择低低高(LLH)型地应力剖面进行工程开发,其纵向上可穿透更多含气层,同时避开底层底水,预防生产早期快速见水,故应选择二—三级南北向断层和南北或北东向纵弯褶皱区须二2中上段进行水力压裂改造。

浅议构件的平面应力状态分析——主应力大小和方向

通过对基本构件的平面应力状态分析,从理论教学、实践和设计等方面进行了综合论述,提出了平面应力状态的主应力大小和方向的计算、判别方法,解决了主应力的方向不易确定的应力状态分析问题。

油气勘探开发中地应力大小的计算

在油气勘探开发中,人们已越来越认识到掌握地应力大小的重要性。在钻井过程中井壁稳定性,套管变形和损坏与增产措施中水力压裂优化设计等都与地应力大小相关。虽然目前地应力在油田中的计算方法多种多样,但真正能直接测量出地应力的方法还没有,准确地掌握地应力大小对指导勘探开发油田都有着十分重要的意义。

安居煤矿东翼采区地应力分布特征研究

地应力分布对巷道围岩稳定性产生重大影响。本文采用空芯包体应力解除法获得安居煤矿东翼采区的地应力分布特征,主要结论如下:安居煤矿-940m水平东翼区域地应力场最大主应力是以水平构造应力为主导,而非以自重应力为主导;最大水平应力为垂直应力的1.47~1.61倍,严重影响巷道围岩矿压显现规律,对巷道围岩控制效果起到导向作用;最大水平主应力为最小水平主应力的1.86~2.27倍,σ_(hmax)与σ_(hmin)相差较大,说明岩体以剪应力为主导,从巷道稳定性方面考虑,将对巷道布置及方向产生较明显影响。由地应力实测数据可知:埋深在967~970m范围内时,σ_(v)为26.11~26.19MPa,各测点自重应力基本等于单位面积上覆岩层重量。

谢家河沟煤矿水压致裂法地应力测试应用

针对谢家河沟煤矿地质力学参数匮乏问题,本文采用水压致裂法对谢家河沟煤矿1345西翼底抽巷展开地应力测试,确定了该矿围岩的应力状态。实测该矿的主应力大小分布规律为sH>sv>sh,最大水平主应力与垂直应力比值sH/sv,结果介于1.16~1.31,表明该区域最大水平主应力与垂直应力差异不大。相较于六盘水矿区的构造应力场,谢家河沟煤矿的地应力属于中等应力区。这些研究成果将为未来矿井支护设计的优化提供重要参考。

高压过滤器壳体喷丸残余应力技术研究

零件经过喷丸处理后,其表层的残余应力分布发生了变化,因此,通过对喷丸后材料表层残余应力的测量,就可以知道喷丸处理对零件的强化效果,通过测量不同喷丸工艺参数下的零件、标准试片的残余应力大小获得残余应力大小-残余应力层深关系,根据残余应力大小-残余应力层深关系评估受喷零件的喷丸效果,最终总结出一套适用于内螺纹牙底喷丸效果能够量化检测的有效方法。

从震源机制中准确识别发震断层面对重构应力场的意义

基于震源机制的应力场反演,需要从震源机制的两个节面中准确地识别出发震断层面,然后通过拟合发震断层面的滑动方向获得应力场.然而,目前的技术和方法不能保证能够从所有的震源机制中准确地识别出发震断层面.因此,用于应力场反演的断层数据中会参入小部分辅助断层面,这部分假断层的存在会造成重构的应力场与实际应力场产生多大程度的偏离?本文通过合成实验揭示出,从部分震源机制中错误地选择断层面可能会造成重构的应力场方向和主应力相对大小(R)与实际产生较大偏离,重构应力场的偏离程度主要与实际的应力R值、错误选择断层面的震源机制所占的比例以及震源机制中包含的噪声大小这三个因素有关.当实际的应力R值为中间值附近时,只有准确地选择断层面才能准确地重构R值,当实际的应力R值较小时,准确地选择断层面有助于准确地重构应力方向,故准确地从震源机制中选择断层面可以保证在不同的背景应力场下都能准确地重构应力场方向和R值,这对于根据重构的应力场合理解释构造运动具有重要意义.

四川盆地HC地区须二段致密砂岩储层地应力评价及其在致密气开发中的应用

【研究目的】四川盆地HC地区须二段勘探开发潜力巨大,但该地区为典型的低孔低渗致密气藏,需要进行地应力精细评价来为后期纵向上压裂选层和平面上工程甜点区优选提出建议进而提高产能。【研究方法】基于25组声发射和13组差应变等实验测试分析,结合水压致裂、常规和特殊测井资料,进行地应力的精细评价,以期分析在致密砂岩储层中不同实验测试方法的适用性,查明有利于工程改造的层位和甜点区。【研究结果】实验测试结果表明HC地区须二段最大水平主应力值为50.77~75.65 MPa,均值为59.71 MPa;最小水平主应力值为45.37~54.31 MPa,均值为49.31 MPa;垂向主应力为48.11~65.62 MPa,均值为56.53 MPa。模拟结果表明储层内部应力隔层厚度和两向应力差异系数越小,越有利于压裂改造。通过对比小层间的三向应力关系,表明须二段处于走滑应力状态。HC地区须二段致密砂岩均质性较强,声发射测试结果误差较大,差应变测试结果与其他地应力大小解释结果具有更高一致性,故该测试方法更加适用于均质性较强的砂岩地层。【结论】结合地应力大小,纵向上建议选择隔层组合更有利的须二2亚段中上部为压裂目的层;且为了达到较好的体积缝网压裂改造效果,平面上建议避开两向应力差异系数较大的断层附近区域,应选择优质储层发育且水平应力差异系数相对较小的HC地区中部HC102-HC111井区。

张拉预应力的大小对自复位双柱墩桥梁抗震性能的影响

为了研究自复位双柱墩桥梁的抗震性能以及张拉预应力的大小对自复位桥墩的抗震性能的影响,基于有限元软件MIDAS建立了横向双柱式门框墩,并在右墩(位移较大的桥墩)处设置成自复位结构,探究了张拉预应力分别为80 kN、90 kN、100 kN、120 kN、130 kN、150 kN、200 kN七种不同工况下自复位双柱墩桥梁的抗震性能。结果表明:与普通双柱墩桥梁相比,自复位双柱墩桥梁的自振周期大;在地震作用下的最大墩底位移较大;残余位移较小;耗能能力增大。随着张拉预应力的增大,残余位移呈现出先减小后增大的趋势;累计耗能值逐渐减小,因此,自复位桥墩中的预应力筋的张拉力不宜过大,否则会失去自复位桥墩的优势。

高地应力地区隧道围岩分级研究

隧道围岩分级是隧道施工的重要指导依据,尤其在高地应力地区其对施工的影响是不可忽略的。文章首先介绍了地应力侧压力系数、最大水平主应力方向与洞轴线的夹角α对隧道围岩分级的影响情况,然后通过增加最大主应力方向与洞轴线夹角指标对地应力进行了修正,并且在公路隧道设计规范的基础上,对Ⅲ,Ⅳ和Ⅴ级围岩增加了亚级分级,更准确地对隧道围岩分级进行了定级。在此基础上,以谷竹高速公路大坪山隧道为工程实例,利用考虑增加地应力大小及方向的方法对其围岩分级进行了修正,得到了与实际开挖较相符的结果。

影响高速公路路面结构应力分布的因素分析

在室内对路面各层和路基材料进行试验,以获得力学计算参数;考虑公路超载情况,利用有限元软件,对高速公路路面结构进行建模计算;并进行分析影响路面结构应力大小和分布的因素(主要包括路基刚度、层间连结状态),为高速公路路面结构设计和施工应用提供理论依据和指导经验。

不同地应力环境下巷道破坏变形特征数值模拟研究

利用坐标转换法将原岩应力转换为巷道轴向为基准的应力分量,通过调整转换后的应力分量,实现原岩应力方向的变化,并以此结合利用有限差分计算软件FLAC3D分析原岩应力大小与方向对巷道围岩破坏变形的影响。研究得出,随着侧压系数增大,巷道破坏变形由顶底板为主向两帮为主过渡,当侧压系数为1时,巷道顶底板及两帮的破坏变形程度相近。当巷道轴向与水平最大主应力呈角度相交时,巷道两帮围岩破坏变形呈不对称分布,且当相交角在0°~15°或75°~90°时巷道围岩的不对称破坏变形程度最低,相交角为45°时最大。

综放开采顶煤裂隙扩展的应力驱动机制

为探究采动应力场作用下顶煤裂隙场发育特征,采用室内实验、数值模拟、理论分析和现场实测等方法对综放开采顶煤裂隙场扩展的应力驱动机制进行了分析。顶煤冒放性同采动裂隙发育程度呈正相关,推导出顶煤裂隙发生Ⅰ,Ⅱ和Ⅰ-Ⅱ型扩展的应力场条件和优势扩展裂隙角确定方法,顶煤裂隙扩展与否和扩展类型受到主应力大小和主方向的影响;煤层回采后,顶煤最大和最小主应力均存在超前峰值现象,最大主应力演化存在增大和减小2个阶段,最小主应力则经历增大、减小和反向增大3个过程;煤壁前方最大和最小主应力方向在平行于推进方向的垂直平面(α)内向采空区旋转,两者在平面α内的旋转角度一致,煤壁后方发生反向回旋,最大主应力偏离平面α,最终旋转至工作面倾斜方向;最小主应力在水平面内的旋转角度同推进方向与初始最小地应力方向之间的夹角相等,最大主应力在水平面内不旋转;由于主应力增大和主方向旋转,顶煤裂隙首先发生Ⅰ型扩展,最大主应力峰值附近,顶煤裂隙在高围压作用下发生纯II型扩展,煤壁附近,顶煤裂隙在开挖卸荷作用下发生Ⅰ-Ⅱ混合型扩展,破碎顶煤最终于支架后方冒落;由于主应力方向的旋转效应,顶煤采动裂隙向采空区倾斜,根据顶煤裂隙扩展机理的不同,将顶煤划分为原岩应力区、微裂隙加密区、剪切破坏区、拉剪混合破坏区和散体冒落区。

1992年兰德斯地震震源处应力量值的研究

给出了根据地震前后应力轴偏转、地震应力降和地震前后相对主应力大小,计算震源处应力量值的方法.并将该方法运用于兰德斯地震的霍姆斯特德谷断层段,获得了该子断层10 km深度处震前最大、中间和最小主应力的量值分别为271,266 MPa和259 MPa;震前断层面上的正应力和剪切应力分别为265 MPa和6.2 MPa;震后断层面上的正应力和剪切应力分别为266 MPa和1.6 MPa.研究结果表明,地震发生后,正压应力增大,有利于破裂的终止;震前剪切应力大于震后剪切应力,且它们的差基本上与应力降大小相近.从研究结果可以看出,虽然地下压应力很大,但是差应力并不大,投影到断层面上的剪切应力也较小.

昆北油田岩石力学参数及地应力研究

昆北油田于2008年取得勘探突破,是青海油田原油生产的最主要接替区块之一。本文通过对昆北油田岩石力学试验和地应力分析,建立了岩石力学、地应力参数计算模型,确定了昆北油田主要井区最大主应力方位,为昆北油田井网部署、水力压裂选井选层、压裂方案优化设计、压裂支撑剂优选、压裂诊断等提供了依据。

克拉美丽气田地应力场研究

克拉美丽气田是准噶尔盆地的重点天然气勘探区带和新疆油田的重点产能建设区块。地应力场的研究将为该气田开发方案制定、开发井网部署、储层改造、井壁稳定性分析等地质与工程难题的解决提供指导和依据。选取关键井测井资料,利用钻井诱导缝推断法和井径测量法确定了地应力方向;运用美国斯坦福大学的地应力模型和图版解释法计算出地应力大小,具有较高的精度和较好的连续性,计算值与实测值符合程度高。

ADS法在深层致密砂岩储层地应力计算中的应用

采用ADS法对塔里木某地区深层致密砂岩储层的地应力进行计算研究。首先在区分砂、泥岩前提下提取纵横波时差转换关系，然后采用声发射（AE）和压裂（HPF）资料标定水平主应力求得水平骨架非平衡因子μg，μg有随着深度增加而减小的趋势，最终获得水平最大和最小主应力计算模型及志留系致密砂岩储层三大主应力连续剖面，地应力满足σv＞σH＞σh的关系，为正常应力系统。最后对地应力、破裂压力、地层压力和坍塌压力对合理钻井液密度窗的影响和计算方法进行了分析，建立了三压力剖面，确定了钻井液安全密度窗。实际采用1.34～1.4 g/cm^3钻井液密度可确保井下正常，与计算的安全窗范围相一致。

基于氧化和烧结的涡轮导向叶片热障涂层区域失效分析

研究氧化与烧结共同作用下对涡轮导向叶片热障涂层区域失效情况的影响有着重要意义。使用UG构建三维叶片流场模型并采用Fluent对其进行温度场分析,观察各区域下的热生长氧化物生长行为和烧结情况对涂层物性参数和氧化层厚度重新标定,利用ANSYS获得各区域涂层应力分布与大小,分析了区域热障涂层失效原因。结果表明不均匀温度场导致的氧化与烧结行为差异性,是造成涡轮导向叶片热障涂层损伤程度不同的根本原因。在叶盆区域涂层出现高应力集中现象,最大拉应力可达+299 MPa,这一分析为部件寿命评估提供借鉴。

基于原地应力测量数据的中国大陆地壳上部应力状态研究

在两个水平主应力随深度呈线性增加的前提下,通过数学推导,建立了侧压系数、水平最大与水平最小主应力之比(σH/σh)以及剪应力相对大小μm等应力参数随深度变化的关系式.在此基础上,依据中国大陆1780条二维水压致裂和应力解除的原地应力测量数据,对多个应力参数随深度的变化进行了回归分析.结果显示,中国大陆地壳浅部的侧压系数随深度的变化呈完整的双曲线形态,通过稳定性检验说明,即使缺少较深的原地应力实测数据,只要有一定数量的测试深度超过1500m的数据,仍然可以得到比较可信的侧压系数回归分析结果,在整个脆性上地壳的物性参数没有本质变化的前提下,可以利用地壳浅部的侧压系数回归分析结果推断脆性上地壳的2个水平主应力的取值范围;相对于侧压系数,在中国大陆地表以下几千米深度范围内,σH/σh和μm的变化不大,更接近线性分布,σH/σh的拟合值在1.5左右,μm的拟合值在0.2左右,并且μm的线性集中程度更好.利用μm的大小来判断活动断裂的地震危险性具有一定合理性.

不同应力状态和摩擦系数对综合P波辐射花样影响的模拟研究

为研究不同应力状态(包括主应力相对大小)和摩擦系数对大量地震P波初动辐射化样(综合P波辐射花样)的影响,首先给出了不同应力状态下的剪应力、摩擦应力和库仑破裂应力在断层面法向上的三维分布.表明即使在不考虑摩擦的情况下,剪应力在不同取向断层面上的分布也有很大差别,摩擦应力也在不同取向断层面上造成一定影响.其次,根据库仑破裂应力与单个地震产生的P波辐射花样大小成比例的原则,假定地震断层面均匀取样整个方向空间,将各种取向断层面产生的P波辐射花样叠加,给出了不同应力状态和摩擦系数情况下产生的大量地震综合P波辐射花样的空间分布.发现主应力的相对大小和摩擦系数同时影响综合P波辐射花样的空间形态,在一定程度上,辐射花样从一种形态改变为另一种形态可通过改变任一参数进行,表明同时反演此两种参数是困难的.但通过其他手段确定摩擦系数后,可以采用P波初动信息得到较为合理的应力相对大小.该研究为考虑摩擦系数、采用大量P波初动资料精确确定应力场提供了新的思路.