圆柱对称颗粒系统中应力转向比对声波速度的影响

为理解类固态颗粒物体弹性波的传播性质,基于颗粒固体弹性理论,分析了圆柱对称颗粒系统(粮仓)中应力转向比对声传播速度的影响。结果表明压缩波波速对应力转向比的变化比较敏感,而剪切波波速对应力比的变化影响较小。

逆断层控制带含煤地层地应力分布规律

为深化对逆断层控制下含煤地层的地应力分布特征的认识,运用自主研发的大型真三轴仪器“矿山地质构造模拟实验系统”,基于相似原理,开展考虑深度、断层倾角、落差等影响因素的物理模拟实验。结合数值模拟,分析不同条件下扰动区宽度和地应力分布规律。研究结果表明:①断层上盘的应力扰动宽度大于下盘,且2者都随深度的增加而减小。倾角45°断层的扰动宽度比60°断层小,在500、1000、1500 m深度处,前者分别为35.72、27.33、10.71 cm,后者分别为47.03、32.15、17.85 cm。②临近断层处最大水平应力(σ_(H))有明显的应力集中现象。当断层倾角大于45°时,倾角越大,应力集中程度越大。45°断层下盘临近断层处的4号测点在500、1000、1500 m深度的应力集中系数分别为为0.95、0.94、1.15,与区域应力场接近。而60°断层的4号测点在500、1000、1500 m深度的应力集中系数分别为1.11、1.44、1.42。③在远离断层处的未受扰动区,σ_(H)偏转角度较小,几乎都小于15°。在扰动区,σ_(H)偏转角度受倾角控制,σ_(H)偏转角度最大达到约90°。倾角45°断层中,σ_(H)偏转角度最大的区域在下盘临近断层处;在倾角60°断层,这一区域则出现在距离断层有一定距离的上盘中。④当落差大于煤层厚度时,扰动宽度(尤其上盘扰动区宽度)明显变大。应力集中区域出现在弹性模量更大的地层中,煤层中各测点σ_(H)离散性很大。

伽师强震系列应力场的转向过程

自1997～2003年,新疆伽师地区相继发生多次强震.取哈佛大学公布的伽师强震系列CMT(矩心矩张量解)解资料,由滑动矢量拟合法反演区域应力场.CMT解的系统聚类分析表现出3个阶段的时序特征.分析震源区应力场发现,1997年3月1日至2003年1月4日期间新疆伽师地区的应力场发生变化,2003年2月24日起,又恢复到基本应力场的方向,从而完成从基本应力场-变化应力场-基本应力场一次完整变动过程.结合区域受力状况和构造背景,讨论了新疆伽师强震系列应力场变化的成因,并且认为伽师强震系列具有体破裂的特征.

应力转向条件下水力压裂的三维数值模拟分析

为研究应力转向条件下水力压裂裂纹的扩展规律,基于有限元数值计算方法及三维应力条件下渗流-损伤-应力(应变)理论模型,分别建立3组不同围压及转向条件下水力压裂的并行计算数值模型。计算结果表明:在扩展形式上,固定围压条件下的水力裂缝扩展方向性显著,裂缝分叉后以直行状态继续扩展;而转向应力条件下的水力裂缝随着地应力的转向发生明显偏转。由于地应力转向前初始裂纹的非对称性,工况3条件下3条水力裂纹的水压力会随着地应力的转向发生相应的变化,且裂纹稳定扩展压力小于破裂压力。用声发射方法研究了水力压裂的破裂过程,结果表明水力裂缝的产生与扩展都是拉应力作用的结果,可以用声发射次数作为预测失稳的依据。

低渗透油藏水力压裂井应力场转向定量评价

基于多孔介质流-固耦合理论和有效应力定律,建立了孔隙压力与地应力相互作用的低渗透油藏水力压裂井应力场转向评价模型,采用有限元数值模拟技术并开发相应程序对耦合模型进行求解,定量分析了低渗透油藏开发过程中水力裂缝附近区域地应力场的变化特征。计算结果表明:水力裂缝导致近裂缝区域地应力场分布特征大幅度改变,沿裂缝与垂直裂缝方向应力场大小变化各向异性,应力场转向范围随初始水力裂缝长度增加而动态变化。

密集隔板UHPC箱梁体外预应力束转向构造研究

为了探究体外预应力束转向块在密集隔板UHPC(ultra-high performance concrete)箱梁桥中的合理构造形式,结合UHPC箱梁隔板的构造特征,提出了UHPC肋块式转向块构造;以广东某拟建UHPC连续箱梁桥为工程背景,通过建立是否借助隔板进行转向的线弹性对比模型,验证了在承受预应力束转向力时UHPC肋块式转向块对腹板应力的控制效果,提出了UHPC肋块式转向块在承受转向力时的5种局部效应;根据计算结果,设计UHPC肋块式转向块足尺试验,观察其裂缝发展、挠度变化以及破坏形态;建立试验全过程非线性有限元模型,对转向块不同配筋方式进行了参数分析,并提出了配筋建议。结果表明:UHPC肋块式转向块抗裂设计名义应力限值可取9.6 MPa;当UHPC耗材0.2 m3时,UHPC肋块式转向块承受体外预应力束转向力达2 004 k N,同时保证了结构的耐久性。

四川芦山地震区域构造环境与构造应力场特征

2013年4月20日四川省雅安市芦山县发生Ms7.0级地震,这是继汶川地震后发生在龙门山断裂带上的又一次强震。在介绍芦山地震的基本特征及发震构造环境基础上,利用区域内172个震源机制解资料对区域构造应力场进行了计算,特别对龙门山应力区内各类应力数据的最大主应力方向进行了分析。结果表明:龙门山应力区目前处于近东西向的挤压构造应力环境中;区域最大主应力方向在横向上从巴颜喀拉块体的北东—南西向到龙门山块体的近东西向,再到华南块体的北西西—南东东向,表现为顺时针方向的旋转;区域最大主应力在纵向上从柴达木—秦岭块体的北东东—南西西向到龙门山块体的近东西向,再到川滇块体的北西—南东向,亦表现为顺时针方向的旋转;应力方向在不同块体间的转变,反映了青藏高原东缘巴颜喀拉块体在进行南东向水平运动挤压龙门山地块时,由于受到华南地块特别是四川盆地的强烈阻挡,导致龙门山推覆构造带表现为明显的地壳缩短和山体隆升。

根据走滑大地震前后应力轴偏转和应力降求取偏应力量值的研究

运用走滑地震造成的地震前后应力方向偏转和地震应力降Δτ推导得到地震震源处偏应力量值τ的解析表达式为τ=[Δτcos2(φP′-E)]/sin2(φP′-φP)(其中,φP和φP′分别为地震前后的统计P轴走向,E为地震断层走向.).当震前P轴与震后P轴与断层走向夹角为45°时,该公式失效.对偏应力值与应力降比值随应力场主压应力轴与断层走向夹角及应力场主压应力轴偏转的变化进行分析表明,相同应力降造成的应力轴偏转越大,地下偏应力越小;断层走向越接近主压应力轴方向,地震应力降场对偏应力场的贡献越小.将该方法运用于Landers地震震源区,求得了该地震Homestead Valley段的偏应力量值为10MPa.

重复压裂转向机制流-固耦合分析

重复压裂已成为油田老井挖潜、稳产增产的重要技术手段,而地应力转向机制与压裂时机选择一直是制约该技术增产效果的关键问题。对ABAQUS有限元软件平台进行了二次开发,考虑储层孔隙度和渗透性随岩石体积应变的动态演化,实现了流体压力变化与岩石物性参数的全面耦合,并分析了重复压裂转向机制。结果表明,地应力转向现象普遍存在,人工裂缝对地应力的影响范围有限,而孔隙压力变化是造成地应力转向的主要因素;随着生产的持续进行,地层压力下降变缓,岩石体积应变变化趋缓,导致渗透率下降趋于平稳,应力转向距离逐渐增大并最终趋稳;应力差越大、应力转向距离越小,越难形成重复压裂转向裂缝。其研究结果实现了流-固耦合作用下地应力转向的可视化描述,直观地模拟结果有利于指导重复压裂的应用实施。

根据大地震前后应力轴偏转和应力降求取应力量值的研究

为求解震源处应力量值,运用大地震造成的应力方向偏转和地震应力降给出了求取震源处应力大小的方法.地震前后的应力方向可根据大量前震和余震震源机制统计给出;地震应力降可通过地震波或地壳形变资料的震源破裂反演研究得到.该研究对地震动力学具有一定的意义.

页岩水平井重复压裂现地应力场计算方法

页岩水平井分段压裂改造后产能递减快、稳产期短,需要进行重复压裂以提高页岩气井的产量和最终可采资源量,而重复压裂的成功与否决定于选井选层工作和压裂优化设计,尤其是弄清重复压裂前现地应力场的分布情况以确保满足老缝张开与新缝起裂条件。为此,充分考虑构造运动、储层天然裂缝分布情况及层理关系,基于测井数据和施工压力数据,构建了原地应场计算模型;并依据等效主裂缝理论,采用加权平均法计算缝内净压力,在生产衰竭诱导基础上,通过线性叠加原理建立了页岩多段簇水平井重复压裂现地应力场计算方法。结果表明:①页岩水平井原地应力计算方法中,原地应力场水平应力构造系数由压裂施工数据反演得到,可真实反演原地应力场大小;②根据不同裂缝段簇和孔隙压力降低产生的诱导应力变化特征建立的诱导应力场计算方法,对实例井的计算结果和压后产量变化都显示长水平段多段簇压后裂缝诱导应力已使地应力场发生转向。结论认为:页岩水平井重复压裂现地应力场计算方法能够为现场重复压裂优化设计提供理论支持。

气井重复压裂前应力场分析

重复压裂是针对初次压裂作用失效,或具备提高油气产量潜力的井进行再次压裂改造的工艺措施。研究重复压裂造缝机理及裂缝转向机理可以提高重复压裂的成功率和大幅度提高油气井产量。四川盆地川西地区作为重要的天然气生产基地,目前有相当多的压裂井失去了增产功能,需要重复压裂提高气井产能。为此,基于应力场分布理论,以川西地区某井为例,结合气井地质特征,采用有限元分析方法建立模型对井筒周围应力场、初次人工裂缝产生的诱导应力场以及生产过程中孔隙压力改变产生的诱导应力场进行仿真。结果表明:(1)诱导应力集中位于裂缝尖端,离裂缝越远诱导应力越低;(2)不考虑流固耦合情况下,孔隙压力增大,应力转向距离减小;(3)井眼周围应力场转向范围随着原地应力差的增大而减小;(4)生产压差越大越容易产生地应力转向;(5)缝宽越大、裂缝越长越容易发生地应力转向。本模型可快速模拟井筒及裂缝周围应力场转向范围,确定重复压裂是否产生新裂缝和重复压裂的最佳时机,对优化压裂施工设计、提高重复压裂成功率具有十分重要的作用。

多跨连续双向体外预应力框架梁加固实例

介绍采用体外预应力技术加固框架梁,包括体外预应力梁的设计和施工,叙述了运用体外预应力技术加固框架梁应注意的问题,与碳纤维加固相比,具有良好经济性,但施工难度大。

注水条件下近裂缝带的地应力演化规律

为了研究单裂缝注水后裂缝周围的地应力场重分布情况,并分析地应力重分布的影响因素,基于断裂力学理论,分析了单裂缝周围的地应力场分布,建立了地应力转向和地应力差值的计算方法,并分析了裂缝长度,缝内压力和原始地应力场条件对地应力场的重分布的影响。结果表明:单裂缝注水后引起的地应力重分布主要体现在地应力方向和地应力大小的变化。地应力重分布主要受到裂缝长度、缝内压力和原始地应力场的影响,裂缝长度和缝内压力增加会增加地应力重定向区域和地应力差值均一化区域的范围,原始地应力差值增大会降低其影响范围。根据地应力重分布机理可以实现对地应力场的人工干扰,实现油藏的有效开发。

全体外预应力桥无黏结钢绞线体外索关键技术试验研究

针对芜湖长江二桥对体外索越来越高的安全性及耐久性要求,开展了多项创新性关键技术试验研究:带转向器80 MPa应力幅双向疲劳性能试验、带转向器静载性能试验、转向段护套抗磨损性能试验,开发出一套满足全体外预应力桥梁要求的高性能无黏结钢绞线体外索体系,该体系各项性能优于国内外同类产品,可确保全体外预应力桥梁结构的安全性及耐久性。

重复压裂造缝机理研究

从岩石破坏基本机制入手,研究重复压裂造缝机理。通过分析目的井层天然裂缝分布特征、地应力场和岩石力学特征以及射孔完井工艺、开采因素、压裂工艺等对于重复压裂造缝的影响,给出了具有天然裂缝低渗透储层重复压裂造新缝的理论判据。以安塞油田王窑区块为例,进行了具体实例分析。结果表明,裂缝转向并不等同于地应力场转向,即便地应力场不发生变化,也可通过采取其他合适的压裂措施或工艺来实现裂缝转向。

水力波及压裂技术及其在沁南深煤层中的应用

为了提高山西沁水盆地南部深部煤层产气量,结合其地质特征提出了在多口相邻井中实施水力波及压裂的技术思路。使用位移不连续法,对诱导应力进行了模拟计算,经分析可知:水力波及压裂在裂缝周围局部区域产生的诱导应力使得水平主应力发生反转,有利于水力裂缝转向延伸过程中充分沟通煤层中面、端隔理等弱结构面,在煤层中形成复杂裂缝网络。现场应用表明:水力波及压裂井见气时间短,单井平均产量高,具有较好推广价值。

致密气藏水平井水力压裂簇间距优化研究

为解决水力压裂簇间距优化问题,以有限元方法为基础,建立了3D裂缝扩展模型来模拟分段多簇压裂过程中裂缝同步扩展过程,以此模拟不同簇间距条件下裂缝扩展几何形态和裂缝扩展过程中诱导应力场的干扰作用。研究发现,裂缝扩展过程中在裂缝附近会产生应力转向区,簇间距过密会导致裂缝同步扩展过程中中间裂缝的扩展受到抑制;而较大的簇间距会使得应力转向区范围过小,不利于地层中缝网的形成。以W5致密气藏为对象,分别就簇间距为20 m、30 m、40 m和50 m四种簇间距条件下的裂缝扩展几何形态和应力变化进行了对比分析,分析结果表明:当簇间距小于40 m时,受边部裂缝扩展影响,中间裂缝在扩展过程中受到明显限制;当裂缝簇间距大于40 m时,裂缝能够自由扩展,但是形成的应力转向区较小,不利于在地层中形成复杂裂缝网络。综合裂缝扩展几何形态和应力转向的影响,确定W5致密气藏最优簇间距为40 m,采用分段多簇压裂工艺在地层中形成复杂裂缝网络。

大庆油田致密油水平井缝间距优化研究

近几年,世界非常规油气对于致密油储层勘探开发越发重视,大庆油田外围已探明未动用地质储量50%为致密油藏,是当前重要的接替能源。为研究水平井分段多簇压裂裂缝扩展过程中缝间干扰及其对裂缝形态的影响,基于流固耦合和摩尔库伦准则,利用孔压黏聚单元以及Cflow子程序模拟压裂段内多簇压裂裂缝的扩展,对不同裂缝间距的裂缝形态进行模拟,研究缝间应力场变化对复杂缝网的影响。结果表明:在裂缝扩展过程中,由压裂液作用而产生的诱导应力使得裂缝两侧椭圆形区域内的水平主应力发生转向,而裂缝尖端应力方向不受影响;裂缝间距越大,簇间应力干扰作用越小,能够保证压裂后形成的各条裂缝具有均匀延伸且相似的形态,但是缝间距过大不利于缝网的形成。该研究结果对水平井缝间距的优化有一定的参考价值。

应力未饱和粮仓系统中器壁与颗粒的摩擦阻力

对于仓壁不固定的粮仓系统,其底部压力会随颗粒高度线性增加.由于没有Janssen应力饱和现象,其力学状态与通常粮仓系统显然不同.通过上拉和下压这种应力未饱和粮仓系统的仓壁,实验研究了不同顶部负载时颗粒介质与仓壁的最大静摩擦阻力.结果显示阻力随颗粒质量的增加在上拉时呈线性增长关系,但在下压时呈指数增长关系,下压阻力强度比上拉时大一个量级以上.此外阻力与顶部负载呈线性变化关系.这些测量很好地符合了基于应力转向比为常数的假设(即Janssen假设)下给出的连续力学理论计算,表明该假设对于此应力未饱和粮仓系统依然适用.