基于钻孔局部壁面应力解除法的深部页岩三维地应力计算方法

页岩气储层的地应力状态是评价页岩气可采性的重要指标之一。为了满足页岩气勘察的实际需要,在钻孔局部壁面应力解除法(BWSRM)的基础上,充分考虑各向异性、孔壁温度变化以及孔壁压力的影响,推导出适用于深部页岩的三维地应力计算方法,并通过算例分析上述因素对孔壁附近应力分布的影响。得到如下结论:(1)孔壁处应变和远场地应力之间的关系与多个力学参数以及热学参数有关,理论上需要得到不少于9个不同方向上的正应变数据并结合室内试验来确定测点附近的三维地应力状态;(2)孔壁压力以及孔壁温度改变会影响孔壁附近应力分布,影响范围为3~5倍钻孔半径。深部岩体力学以及热学上的各向异性也会影响深部地应力分布;(3)在使用BWSRM方法测量并计算深部岩体三维地应力过程中,必须考虑测试环境以及岩性条件的特点,否则无法得到正确的三维地应力场状态。

一种测定深部岩体地应力的新方法——钻孔局部壁面应力全解除法

简要回顾了基于钻孔进行地应力测量的几种方法,并指出了这些方法自身存在的局限性。提出了一种测定深部岩体地应力的新方法——钻孔局部壁面应力全解除法。该方法的明显优点是,不需要套钻,而且在确定地应力的主值及其方向时也不需要作任何假定。从理论上讲,该方法将不受测量深度的限制,对于深钻孔是普遍适用的,这将为大陆科学钻探计划中深部岩体地应力测量提供一种新途径。

钻孔孔壁切缝解除地应力测试方法数值模拟研究及工程应用

为解决高应力环境中的地应力测试的难题,通过数值分析方法对试验过程中切缝深度的优化及切缝布置方案进行了模拟研究,并将该方法应用于锦屏地下实验室应力测量中。数值模拟结果表明:当初始应力场以平行于切缝方向应力分量为主时,切缝两侧应力完全释放所需的切缝深度最大,为16 mm。进行现场试验时,为了提高试验的可靠性,避免切缝之间的相互影响,往往一个给定的钻孔深度只布置一个切缝,且切缝间距一般>200 mm。测试结果表明测试部位岩体处于极高应力状态下,与钻孔钻进过程中出现岩芯饼化现象相符合。

阳江抽水蓄能电站套芯解除法深钻孔三维地应力测量研究

运用深钻孔套芯解除法对阳江抽水蓄能电站进行了三维地应力测量,并将测试结果与水压致裂法进行了比较.结果表明:工程区域应力属于中等水平,最大水平主应力方向由浅至深逐渐向NWW方向偏转,2种方法的测试结果基本相同.

嘎隆拉隧道初始地应力钻孔应力解除法在现场测试中的应用

嘎隆拉隧道在前期设计阶段采用水压致裂法进行了应力测试,但提交的成果仅为平面应力。为了确定隧道地段初始地应力场的三维空间应力状态,并为隧道设计与施工提供依据,运用钻孔应力解除法测量了嘎隆拉隧道区2个测点的地应力。测试结果表明,最大主应力最大值为28.5 MPa,最小值为25.3 MPa。由于隧址区属于高地应力区,最大主应力方向与隧道轴线方向呈大角度相交,岩体强度较大,故施工中应注意岩爆问题。

空心包体式钻孔应力解除法数值模拟研究

以岩石力学与工程中普遍使用的空心包体式钻孔应变计为例,采用有限元法对套芯应力解除法地应力测量过程进行了数值模拟研究。采用实体单元对围岩体、应变计胶筒、胶水层进行了模拟,获得了应力解除全过程曲线。详细分析了实测孔壁变形经过不同介质的传递过程,讨论了修正系数K_(n)及其对地应力计算结果的影响,在此基础上分析了胶水材料与应变计胶筒材料的力学性质差异对地应力测量结果造成的影响。结果表明:采用空心包体式钻孔应变计测量地应力存在轴向应力偏大的问题,在计算中考虑修正系数K_(n)可以得到接近真实值的最大以及中间主应力值;而忽略修正系数K_(n)会使计算出的主应力值大于真实值,且当应变计胶筒和岩体弹性模量接近时误差较小。胶水层的力学性能变化也会对地应力测量结果造成一定的影响。

不同应力解除法地应力测试方法对比及工程应用

介绍了钻孔空心包体式应变计与孔壁切缝解除法地应力测试的基本原理和测试方法,同时对两种应力解除地应力测试方法的适用性进行对比分析。将两种应力解除法应用于锦屏一级导流洞边墙的地应力测试中,并就同一钻孔进行了对比测试。通过对测试结果的对比分析可知,两种方法的测试结果相符,应力量值误差均小于20%,钻孔横截面最大主应力方位误差也在20°以内。鉴于孔壁切缝解除法地应力测试方法可用于极高应力条件下的应力测量,对于西部的深埋高-极高应力条件下的地下工程来说,该方法非常行之有效。

钻孔偏心—套芯法地应力测量中的一个不可忽视的问题

通过有限元法计算,得出偏心钻孔在围压作用下的应力分布,讨论了由于"偏心"导致率定的换算公式失准,表明小孔孔壁应变和位移随"偏心"增大而显著改变。利用保角变换以实例对压磁法偏心钻孔的地应力测量数据进行了修正,对比同一钻孔相近深度上基本不偏心的测量结果,表明修正后二着相当吻合。

岩体各向异性和温度对深孔应力解除法测试的影响

地应力状态是评价深部岩石工程问题的先决条件,包括页岩气储层的可采性评价、深部洞室和大埋深隧道工程的开挖建设等。作为一种重要的地应力实测方法,局部壁面应力解除法设备(BWSRM)的测试精度和岩体各向异性和温度条件密切相关。基于局部壁面应力解除法的基本原理,采用统计抽样以及蒙特卡洛方法考虑岩体各向异性以及应变片温度漂移的不确定性,通过计算模型得到地应力分量,并与预设值进行对比,评价各因素所产生的不确定性及其对地应力测试结果的影响。结果表明:当岩体各向异性系数在0.9~1.1范围之内时,可以视为各向同性体进行计算,否则应考虑其各向异性特征;应变片温度漂移造成的应变误差与最终应力计算的误差基本一致。

深钻孔壁面局部应力解除法三维地应力测试设备设计

页岩气开采与利用、常规油气资源开发、重大水利水电工程、深部采矿、地球科学基础研究等领域对深部地应力测量有强烈需求。钻孔壁面局部应力解除法适用于深钻孔地应力测量。在水平孔地应力测试设备BWSRMH01基础上设计了一套适用于深钻孔的三维地应力测试设备,可实现设备定位、孔壁应变传感器粘贴、孔壁应力解除及应变测量等功能,介绍了设备的测试原理、关键部件设计方案,最后简介了该设备的地应力测试流程。该设备的设计研发具有完全自主知识产权,目前设备耐压耐温性能达到1200m深钻孔的测试环境要求。

深部岩体三维地应力测量新方法、新原理及其相关问题研究

首先,对地应力场的基本分布规律以及工程地应力的测量方法和技术进行了全面的归纳与总结,在系统分析前人研究成果的基础上,提出了一种新的地应力测量方法——钻孔局部壁面应力全解除法;然后,通过理论研究、数值模拟分析和相关的试验研究,初步证实了本文提出的地应力测量新方法、新原理的正确性和可行性;最后,研究了岩体初始地应力场的有限元数值模拟分析方法。具体研究工作主要有以下几个方面: (1) 总结了工程岩体地应力的测量方法和技术,回顾和分析了目前在大陆科学钻探计划中深部地壳应力量测方法的研究现状,简要评述了传统地应力测量方法在深部岩体应力测量中应用的可行性,指出了研究深部岩体初始地应力测量新方法、新原理以及研制全新的地应力测井仪器的必要性。 (2) 基于线弹性岩石力学理论提出了一种测定深部岩体地应力的新方法——钻孔局部壁面应力全解除法。该方法理论基础可靠,在应力测量过程中不需要套钻,在确定地应力张量时也不需要做任何假定,从而克服了现有的钻孔应力测量方法之不足。从理论上讲,该方法将不受测量深度的限制,具有普遍适应性,它将为地应力测量,尤其是深部地应力测量提供新的方法和途径。 (3) 把岩石视为均质、线弹性、各向同性的连续介质。

二郎山公路隧道地应力测试研究

通过对2组钻孔应力解除法地应力的测试和6组Kaiser效应地应力的测试,查明了二郎山深埋特长公路隧道工程岩体内地应力的总体状态为潜在走滑型,隧道中部测得的地应力量级普遍较高,最大主应力高达35.3MPa,因而,施工过程中须高度重视其高地应力与岩爆问题。

二郎山公路隧道岩体应力测试研究

通过二组钻孔应力解除法地应力实测和六组Kaiser效应地应力测试 ,查明了二郎山公路隧道工程岩体内的空间应力总体状态为潜在走滑型 ,隧道中部测得的岩体应力量级普遍较高(其中σ1max达 35 3MPa) 。

广西岩滩水电站地下厂房区地应力测试与分析

采用水压致裂法和钻孔孔壁应变测量法两种测量方法对广西岩滩电站二期工程地下厂房区进行了地应力量测。通过对实测资料进行比较和分析认为:两种方法测量的成果一致性较好;岩滩电站二期工程地下厂房区处于一般应力水平;受复杂地质构造影响,地下厂房区存在构造应力痕迹;地下厂房轴线与最大主应力σH方向为小角度相交,地应力场对厂房洞室稳定有利;地应力场对地下厂房稳定性的影响有限。

二郎山公路隧道岩体应力测试研究

通过 2组钻孔应力解除法地应力实测和 6组Kaiser效应地应力测试 ,查明了二郎山公路隧道工程岩体内的空间应力状态为潜在走滑型 ,隧道中部测得的岩体应力量级普遍较高 (其中σ1max达 3 5 .3MPa) ,故施工过程中须高度重视其高地应力与岩爆问题。

二郎山公路隧道岩体应力测试研究

通过二组钻孔应力解除法地应力实和六组Kaiser效应地应力测试，查明了二郎山公路隧道工程岩体内的空间应力总体状态为潜在走滑型，隧道中部测得的岩体应力量级普遍较高（其中σ1max达35．3MPa），故施工过程中须高度重视其高地应力与岩爆问题。

探讨地应力测量

简要介绍了当前各种地应力测量方法,对其工作原理、优缺点及适用条件进行了阐述。对地应力测量中存在的问题及应注意事项进行深入探讨,最后就地应力测量今后的发展趋势进行了展望。

疲劳裂纹钻孔止裂技术研究

结构在循环荷载作用下可能产生疲劳裂纹,裂纹通常源于应力集中部位,在往复荷载作用下会不断扩展直至结构破坏。对于带有贯穿型裂纹的钢板,钻孔止裂是一种很好的临时修复措施。钻孔止裂是在裂纹尖端钻孔,以消除局部的应力集中,阻止裂纹的继续扩展。对特定的疲劳裂纹,止裂孔的直径会影响钻孔止裂的效果。通过弹塑性有限元分析,确定不同直径止裂孔的孔边最不利应变幅值,利用局部应力应变——寿命法,分析和比较了不同止裂孔直径对疲劳裂纹再生寿命和止裂效果的影响。

桃园煤矿二水平地应力分布规律及对巷道围岩稳定性影响研究

本文介绍地应力测试的目的与意义,通过桃园煤矿地应力实测,对原岩应力实测结果进行分析,得出桃园煤矿二水平原岩应力分布规律,从而验证桃园煤矿巷道围岩稳定性影响原因及状况。