基于诱导应力场的井下顶板长钻孔分段压裂间距优化研究

应用二维裂缝诱导应力分析模型,对阳泉矿区井下顶板压裂裂缝诱导应力场分布规律进行理论计算,根据诱导应力作用强度将其分为强烈区和微弱区。数值模拟从裂缝几何尺寸和起裂压力差异性2方面,对比了诱导应力场不同分区内的缝间干扰强弱差异,并实现分段间距优选。当分段间距为40~60 m时,缝间干扰影响程度显著减小。在阳泉矿区进行了2个压裂钻孔的水力压裂工程试验,1#钻孔和2#钻孔分段间距分别设计为50~75 m和50 m,百日瓦斯抽采监测结果表明:2#钻孔为1#钻孔的2.74倍。

卡拉水电站地下洞室群稳定性分析及洞室间距优化研究

不利地质构造及软弱地层是卡拉水电站地下洞室群围岩稳定控制的关键性因素,鉴于此,采用离散元方法建立了包含不同级别结构面及软弱地层的节理岩体模型。在节理岩体模型的基础上,对处于优化设计阶段的卡拉水电站进行洞室群稳定性分析以及主副厂房洞和主变洞间距优化研究。数值计算结果表明:地下厂房洞室群整体稳定性较好,地下厂房区围岩具备成洞条件;但存在软弱地层T 3 z 2-5区域围岩变形较大,局部区域节理相互切割易造成块体滑落等工程地质问题,需要对其重点关注;结合洞群开挖后围岩内场量的分布情况以及经济指标和力学指标,从定性和定量角度对洞室间距进行了优选,最终确定主副厂房洞和主变洞间距50 m为最优方案。相关研究成果对于卡拉水电站洞室优化、安全施工具有一定指导意义。

卡拉水电站主厂房与主变洞间距优化研究

以卡拉水电站为工程依托,采用3DEC离散元方法,建立了40、50、60 m和70 m等4种不同间距洞室群的3DEC计算模型,分析主厂房与主变洞在不同间距下的围岩变形、应力及塑性区分布特征。结果表明,主厂房与主变洞的间距为60 m时,相邻洞室变形不形成干扰,岩柱间存在弹性区,岩柱应力松弛相对较小。建议卡拉水电站主厂房与主变洞的间距设置为60 m。

低渗透油气藏水平井分段多簇压裂簇间距优化新方法

水平井分段多簇压裂中簇间距的大小是决定水平井分段多簇压裂成败的关键因素。为提高低渗透油气藏储层压裂改造效果,需建立合理的簇间距优化模型,而现有的优化方法多以应力反转半径作为最佳间距,并未定量化表征压裂后的储层改造效果。为此,基于弹性力学基础理论和位移不连续法建立了考虑水力裂缝干扰模式下的复杂地应力场计算模型,研究了天然裂缝在复杂地应力场条件下发生张开和剪切破裂形成复杂裂缝网络的规律,再以获得最大缝网波及区域面积为优化目标,形成一种新的簇间距优化方法。研究结果表明:(1)张开的水力裂缝会在其周围产生诱导应力,压裂液的滤失则会导致地层孔隙压力变化,相应的地层孔隙弹性应力也会发生变化;(2)天然裂缝剪切破裂区域与张开破裂区域重叠,且前者要远大于后者,可采用天然裂缝剪切破裂区域面积来表征复杂裂缝网络波及区域的大小。采用该方法指导了现场水平井的簇间距优化设计,实验井压裂后取得了理想的增产效果,为低渗透油气藏水平井分段多簇压裂的簇间距优化设计提供了借鉴和指导。

水平井交替压裂裂缝间距优化及影响因素分析

为使水平井交替压裂在非常规油气储集层中形成大规模高效复杂体积缝网,需对交替压裂裂缝间距进行优化分析。从相邻2条压裂裂缝诱导应力叠加效应对初始水平主应力差的影响出发,建立了裂缝高度不同且缝内净压力也不同的物理模型,提出了交替压裂第一次压裂裂缝和第二次压裂裂缝临界裂缝间距及中间裂缝最佳起裂位置的确定方法。分析发现:前两次压裂裂缝临界裂缝间距随储集层岩石泊松比增大而减小,随裂缝高度和缝内净压力增大而增大;中间裂缝最佳起裂位置距第一次压裂裂缝的距离随储集层岩石泊松比增大而减小,随裂缝高度增大而增大,而缝内净压力对中间裂缝最佳起裂位置的影响较小。通过实例,将改进后的方法与已有方法进行对比分析后发现,改进后的临界裂缝间距和中间裂缝最佳起裂位置较已有方法能更准确地计算出诱导应力场,对非常规油气储集层交替压裂形成高效复杂体积缝网具有指导意义。

软基真空预压塑料排水板间距优化模拟研究

采用真空预压技术进行软基处理时,塑料排水板间距大小将对土体固结度及工期的快慢产生影响。以皖江城市某软基道路工程为例,基于流固耦合理论,结合Mohr-Coulomb土体本构关系,采用岩土软件FLAC^(3D)对真空预压软基加固效应中6种不同排水板间距方案进行数值模拟计算及分析,得到在预期工期一定时,所需的最佳排水板间距为0.9m。通过对地层沉降、排水板打设间距、地下水位等的模拟研究,得到计算结果与现场监测数据吻合得较好,验证了模型的可行性,为设计人员提供了一个有效的设计分析手段。

截齿破岩机制及截线间距优化试验研究

根据截齿侵入岩石的断裂特征和相关试验数据,分析了破岩机制及不同截线间距对破岩效果的影响。在单刀旋转截割试验平台上,以不同切削深度和截线间距进行组合试验,并结合比能耗、粗度指数及截割载荷3个评价指标,对截线间距进行优化,研究截割该类型砂岩时截线间距与切削深度的最佳比值。试验结果表明,岩石在单齿旋转截割作用下的破碎过程大致可以分为初始压碎区细粒岩屑生成、密实核形成并储能、各向裂纹的扩展与连通、断裂体崩落、二次压碎区细粒岩屑生成5个阶段,且岩屑的断裂是以拉伸为主并伴随着挤压和剪切的共同作用;在最佳截割条件下,粗度指数较高,岩屑成块率增加,且比能耗低。通过分析岩石破碎过程及对截线间距的优化,可为掘进机破岩机制研究及截齿布置提供参考。

全断面岩石掘进机滚刀间距优化研究

为了获得全断面岩石掘进机滚刀的最佳切割参数,提高破岩效率,基于岩石断裂力学理论,分析了滚刀的破岩机理,建立了岩石的损伤本构模型,采用三维数值模拟方法对破岩过程进行了仿真分析.采用推力和滚动力共同作用的破碎机制,研究了最优刀间距的确定方法,给出了不同岩石模型的最优切割参数,最后采用线性切割实验方法对仿真结果进行了验证.结果表明,该数值模拟方法不仅能够反映滚刀的破岩机理,而且可以确定滚刀的最优切割参数,并对全断面岩石掘进机进行性能评价.

页岩储层的改进拉链式压裂裂缝间距优化

针对改进拉链式压裂优化设计的要求,在假设岩石为均质、各向同性材料的基础上,建立诱导应力计算模型,得出近井地带最大诱导应力差计算公式及最佳裂缝间距表达式,确定了中间裂缝最佳起裂位置,并建立多裂缝缝间诱导应力差计算模型。研究表明:随着泊松比的增加,诱导应力差最大值减小,缝间最佳间距增大;随着缝内压力的增加,诱导应力差最大值增大,缝间最佳间距不变;裂缝高度增加,诱导应力差最大值不变,缝间最佳间距增加;当裂缝间距增加时,近井地带诱导应力差先增大后减小,井间裂缝交汇处的诱导应力差逐渐减小,诱导应力差值分布趋于均匀化。进行压裂设计时,在满足裂缝转向条件的前提下,可根据实际情况适当扩大缝间距离,增加远场裂缝网络的复杂性,提高改造体积。

低渗气藏水平井分段压裂间距优化设计方法

水平井分段压裂已经成为低渗透气藏开发的必需手段,其中分段间距对压裂施工和压后效果具有较大影响。不同于以往采用数值模拟的手段,在总结了直井压后生产效果和经验后,综合考虑水平井分段压裂后的产能和应力干扰两方面的因素,给出水平井分段间距优化的计算方法。在水平井压裂后的产能至少应大于裸眼产能的前提条件下,假设地层内气体线性流进裂缝后,径向流进井筒,推导出计算压裂最大分段间距的计算公式。同时,利用压裂时裂缝周围产生的应力干扰理论,可确定出水平井压裂时的最小分段间距。运用这两种计算方法,最终确定出水平井分段压裂间距的最大和最小范围。通过计算实例进一步表明所提出的方法比较适用于现场压裂的快速设计。

基于AUTODYN-3D的全断面岩石掘进机盘形滚刀间距优化研究

数值模拟法不仅成本较低,而且能够较为精确地对破岩过程进行仿真。以岩石断裂力学为理论基础,深入分析了全断面岩石掘进机滚刀的破岩机理,采用三维数值模型AUTODYN-3D来模拟岩石破碎的过程,测试中采用了由推力和滚动力共同作用下的破碎机理,这与实际隧道掘进机滚刀的工作条件十分接近。对模型使用了不同的边界条件,针对花岗岩模型,精确地对滚刀破岩过程进行了模拟,并且以花岗岩为例探讨了盘形滚刀间距优化问题。结果表明,该数值模拟方法不仅有助于更好地理解滚刀的破岩机理,而且对确定盘形滚刀最优切割条件和实验测试提供了理论基础。

页岩气井体积压裂簇间距优化设计

水平井分段多簇体积压裂是页岩气开发的必要手段,由于缝网间应力干扰作用,簇间距的设计对于复杂缝网的形成尤为重要。以美国一口页岩气水平井为例,以累计产气量最大为目标,利用数值模拟方法获取一定压裂段数和簇数页岩气井簇间距的最优值,为页岩气井体积压裂簇间距优化设计提供了借鉴,结果表明:缝间应力干扰作用下,簇间距过小不利于页岩气生产;页岩气井累计产气量会随着簇间距增加不断增加,当簇间距增加到一定程度时,累计产气量不再增加,因此可以优选簇间距的最优值。

致密砂岩油藏体积压裂簇间距优化新方法

为了增大致密砂岩油藏体积压裂改造体积,需要对水平井分段压裂射孔簇间距这一关键参数进行优化。一般基于诱导应力分析进而优化簇间距的方法,存在无法与实际泵注程序有效结合的问题,也就不能有针对性的优化簇间距。基于有限元方法,借助ABAQUS软件,建立转向裂缝起裂扩展模型,以天然裂缝开启准则和临界转向簇间距为优化标准,结合实际泵注程序,综合考虑诱导应力和缝内净压力的耦合效应,形成了簇间距优化方法。研究认为,在诱导应力的作用下,存在一个可使主应力发生反转的临界转向簇间距,且随着施工排量的增加,该临界转向簇间距也越大;当簇间距取该临界值时,储集层水平主应力较为接近,主裂缝沟通天然裂缝起裂转向,最易形成复杂裂缝,这可作为优化簇间距的一个标准。现场应用表明,在依据该方法优化的簇间距下,主裂缝可沟通天然裂缝起裂转向,增大改造体积,改善致密砂岩油藏体积压裂效果。

压裂裂缝间距优化设计

在多裂缝压裂设计中,如何合理设置水力裂缝间距、最大限度形成缝网是储层改造过程中的关键问题。水力裂缝的形成会在裂缝周围产生诱导应力使得储层的应力差得到改善。根据单条水力裂缝诱导应力的解析解提出一种简便的裂缝间距设计方法,从而能最大限度促进复杂缝网形成。以平面二维水力裂缝的线弹性应力场为基础,采用应力叠加的方式来计算,通过调整水力裂缝间距将储层应力差缩小至能够形成缝网的范围以内,构建最佳的射孔簇间距。当单条水力裂缝净压力足以使原有水平主应力方向发生反转时,应力反转区的宽度即为最佳裂缝间距;当单条水力裂缝不足以使水平应力发生反转时,可通过两条裂缝间诱导应力的叠加协同效应,使得裂缝之间地层的水平地应力差降低至缝网形成的门限应力差以内,使中间新插入的裂缝能够形成网状裂缝,据此来进行缝间距优化;当进行多级压裂时,所有水力裂缝所产生的诱导应力可以依次相互叠加获得,然后进行裂缝间距优化;通过研究,提出储层改造的最佳裂缝距的计算方法,可为水平井多级压裂工艺参数的优化设计提供参考。

寒区隧道地源热泵加热系统埋管间距优化分析

为预防寒区隧道冻害问题,将地源热泵型供热系统应用于内蒙古博牙高速公路林场隧道中,用于对隧道洞口段衬砌和排水系统加热.采用有限元计算方法,首先通过对初始温度场的计算反演出岩体各项热物性参数,再以试验所得热交换管实际换热量作为模型中管壁的内边界条件进行热交换管的岩土热响应分析.计算结果显示,隧道内热交换管管壁温度及管间温度与现场试验结果能够很好地吻合,满足工程精度要求.利用验证后的有限元计算模型对热交换管间距进行优化,得到埋管最优间距为0.5～0.8m.

基于类间距优化的分心驾驶行为识别模型训练方法

分心驾驶行为识别任务可以看作细粒度图像分类任务,即图像中较小区域所包含的特征决定了该图像的类别,如一张图像是正常驾驶还是与副驾驶聊天完全由驾驶员的脸部朝向来决定。对于那些图像差异很小的类别,图像分类通常训练方法训练出的模型无法高精度地区分。针对这一问题,提出了基于类间距优化的分心驾驶行为识别模型训练方法,通过增大模型从异类图像所提取特征向量之间的欧式距离,使得模型学到可以区分那些图像差异很小的类别的细微特征,进而提高模型对这些类别的分类准确率。该方法实现了端到端的模型训练,既不增加模型的推理时延,又不引入额外监督信息。State Farm数据集上的试验表明,与图像分类通常训练方法比,该训练方法有效提高了模型的准确率。

堆焊中的焊缝熔宽与余高预测及焊缝间距优化

以堆焊离线编程软件设计为背景,设计了一种焊缝熔宽与余高预测和优化焊缝间距的方法。首先以KUKA弧焊机器人系统为平台,以焊接速度、送丝速度为影响因子进行焊缝熔宽、余高的数据采集,采用回归分析得到焊缝熔宽、余高的二阶多项式模型。在此基础上采用正弦函数拟合焊缝轮廓,并进行焊缝间距的优化,最终通过实际堆焊实验分别验证了焊缝余高、熔宽预测模型和焊缝间距优化算法的有效性。

大柳塔煤矿综采工作面顺槽联络巷间距优化研究

通过对综采工作面矿压规律的研究,合理地优化顺槽联络巷间距,可以提高煤炭回收率,有利于设备维修,减少老顶来压产生飓风对人的冲击危害,还能产生较大的经济效益。

锥形齿齿形参数及间距优化试验研究

镶齿滚刀已被广泛应用于多种开挖机械,如隧道掘进机、反井钻机、采掘机等。镶齿滚刀上合金齿的齿形参数以及齿间距、排间距的优化研究,对于提高机械掘进效率、降低施工成本有重要意义。设计并制作了不同齿形参数的锥齿,搭建了侵入试验平台,应用不同锥齿对北山花岗岩大块岩样(300 mm×300 mm×200 mm)进行了单齿侵入试验及齿间相互作用侵入试验。针对试验的北山花岗岩,试验结果表明,锥顶角为60°、锥顶半径为5.5 mm是其最优齿形参数。而齿间距和排间距分别在35 mm和40 mm左右为最优布齿参数。本研究可为开挖北山花岗岩地层的机械设备的刀具设计提供参考。

刀具破岩机理的细观数值模拟及刀间距优化研究

通过采用RFPA2D软件对全断面岩石掘进机(TBM)盘形滚刀作用下岩石破碎机理进行数值模拟研究。分别模拟了单刀头、双刀头、三刀头作用下的岩体破碎过程,并对多刀头作用时进行了刀间距优化。模拟结果表明,岩石在单刀头作用下的破碎过程大体可以分为粉末体出现、粉核体形成、侧向裂纹产生与扩展、破碎块体出现4个阶段,并体现为以张拉为主、伴随挤压或剪切破坏等复杂破坏形式。在围压作用下,平行于围压方向的裂纹更容易产生与扩展,更有利于刀头侧向裂纹的贯通。多刀头之间有明显的协同作用效应,破碎比能随着刀间距的增加有一个逐渐增加然后减小的过程。数值模拟结果与试验结果吻合较好,可以为岩石掘进机设计、盘形滚刀布置提供参考。