基于可释放应变能的岩石扩容准则

针对当前扩容准则计算精度不高,且难以反映震源释放应变能对岩体扩容影响的问题,基于能量转化是物质物理过程的本质属性,通过理论分析和试验研究,从弹性应变能的角度对已有扩容准则进行了研究,并据此建立了广义扩容准则。结果表明,已有扩容准则将泊松比等于0.5看作是任意应力状态下材料扩容的前提;已有线性扩容准则未考虑中间主应力对扩容影响,且扩容应力随围压线性增加。在对扩容准则分析的基础上,从能量角度提出弹性应变能达到某一临界值时材料开始扩容,并据此建立广义扩容准则;该准则突破了材料扩容时泊松比恒为0.5的传统假设,且能反映中间主应力、弹性模量、泊松比及未知可释放应变能(或震源释放应变能等)等对岩体扩容的影响;当泊松比等于0.5时,该准则蜕化为既有扩容准则;应力水平相同时,泊松比越小,广义扩容准则计算的扩容应力越小;随中间主应力增加,广义扩容准则计算的扩容应力可能会降低。广义扩容准则为地震预报提供了理论支撑,既可计算受震源释放应变能影响的岩体是否扩容,又可计算发生扩容的岩体吸收应变能大小。三轴拉伸与三轴压缩条件下岩石扩容应力的计算表明,广义扩容准则可描述岩石的扩容特性,并分析了产生上述结果的内在机理。广义扩容准则对岩石扩容、地震预报、深部矿产资源的开采及地下工程的稳定性均具有重要意义。

基于扩容准则确定蠕变性硬石膏岩地层钻井液安全密度

为了解决深层蠕变性硬石膏岩地层钻井液密度难确定的问题,为套管类型选择及油气高效钻探提供依据。通过设计三轴实验对蠕变性硬石膏岩应力-应变曲线变化特征进行分析,对扩容点进行了定义。利用扩容准则描述了最大八面体剪应力分布特征。硬石膏岩三轴测试中扩容边界的八面体剪应力与平均应力间满足指数关系,钻进中若要地层维持稳定,最大八面体剪应力应位于扩容边界以内。利用扩容准则及Mogi-Coulomb准则确定了单井目的层钻井液安全密度,并与实际值进行对比,结果表明:基于扩容准则方法确定的钻井液安全密度与实际值极为相符,且纵向离散度小。由于常规Mogi-Coulomb准则方法所需待定参数较多,参数非确定性较强,因而最终确定的钻井液安全密度与实际值偏差较大。扩容准则方法可作为备选方案,对指导油气高效钻探具有重要参考价值。

盐岩地下储气库群间距数值计算分析

为确保储气库群的安全性及使用功能,各储存库之间应该保证有足够的距离。盐岩储库群地质条件及运行工况复杂,材料参数变异性强,随机特性对结构安全性影响较大。从稳定性和密闭性两方面出发,以莫尔–库仑准则和损伤扩容准则作为主要失效准则,建立两腔储库群数值计算模型,计算不同储库间距和运行内压下塑性区及损伤扩容区分布。采用响应面法,结合蒙特卡罗方法计算储库群腔周矿柱单元失效概率。结果表明,正常运行状态下,随储库间距减小,损伤扩容区范围明显增大,塑性区范围及腔周矿柱单元失效概率计算结果均明显增大,尤其在低压时更可能产生损伤连通区。对于运行过程中存在的注、采气不同步情况,随着储库间距的增大,压力差对腔周矿柱单元失效概率的影响逐渐减弱。根据稳定性和密闭性分析结果,建议储气库最小间距为2D。