地磁作用下油气管道力磁耦合仿真分析与实验研究

选取X80输油气管道作为研究对象,建立相应的磁力学模型,通过理论与实验的方法,研究地磁场环境下复杂应力-磁通量的变化规律。首先,通过COMSOL有限元仿真软件建立了X80管道模型,用Mises应力表征输油气管道不同内压荷载作用下的应力值,设置地磁场强度为50μT的背景磁场,对输油气管道模型施加不同的内压荷载,通过软件计算分析,得出输油气管道壁上磁通量信号的分布情况。然后,通过对地磁场环境下输油气管道应力-磁通量耦合实验进行分析,得出管道壁上磁通量信号随复杂应力的变化情况,并对实验数据进行分析处理。结果表明:在地磁场环境下,输油气管道的复杂应力在增大的过程中,其对应的磁通量信号也在增强,两者呈线性相关。同时,通过实验进一步验证了理论模型与仿真结果的可靠性。

基于渗流-应力场耦合作用下土石坝稳定性研究

【目的】为了解渗流作用下土石坝的变化规律,评估土石坝的安全稳定性。【方法】基于渗流-应力场耦合模型,以某土石坝为研究对象,对土石坝结构渗流-应力场相互影响机理进行探讨,并采用直接耦合法对土石坝结构进行耦合计算。【结果】计算结果表明,土石坝最大渗透比降0.298,小于允许渗透比降0.51,出逸点均在排水棱体内部;上下游坝坡稳定安全系数均大于规范允许值;各种工况下坝体受力主要以压应力为主。【结论】研究结果对类似实际工程的处理有一定的参考价值。

小型土石坝下游坡墙式结构稳定性分析

针对下游坡墙组合结构小型土石坝安全稳定问题,现行规范理论将挡土墙视为坝体结构的一部分评价结构稳定性,具有一定的局限性,且由于获取相对刚性的干砌石挡墙抗剪强度指标难度较大,工程上常选用经验值。为准确评价组合结构的稳定,厘清坡墙组合结构失稳的主要影响因素,视坝体和干砌石挡墙为独立结构,采用Geo-Studio有限元软件首先选用Morgenstern-Price法分析了正常运行工况下游坝坡稳定性,然后依据孔隙水压力分布和坝体与挡土墙接触面处x向应力与高程分布曲线,得到接触面上作用荷载进而计算得到了抗滑和抗倾覆稳定安全系数,综合坝坡和挡土墙稳定分析成果,明确了导致坡墙整体结构失稳的主要原因。分析成果表明挡土墙与坝体高度比、下游坝坡坡比是影响组合结构稳定的主要因素,提出了运用边坡和挡土墙稳定系数曲线交汇法评定最优设计参数。

圆孔孔壁裂缝水压扩张的压力参数理论分析

运用水压致裂法和Griffith理论,对地应力场中岩体孔壁水压诱致裂缝扩展过程进行了分析,将孔隙压力作用下孔壁裂纹的扩展过程分为3个阶段,即孔壁破裂、第二次扩展、第三次破裂扩展阶段;且不同的破裂阶段分别对应着不同的水力压力。分析了含内压裂纹的扩展压力与原始地应力场及围岩力学特性的关系,随着岩体埋深由浅至深的逐渐增加,水力致裂圆孔的孔壁破裂压力变化由2个阶段过渡为3个阶段,且存在一个钻孔位置的临界埋深。为实际坚硬顶煤水力弱化的试验设计提供了依据。

宁武盆地南部煤层气富集的主控因素

宁武盆地是我国典型的中煤阶构造残余盆地,勘探证实其南部具有很好的煤层气勘探潜力,但煤层气富集的主控因素尚不清楚。为此,分析了盆地南部主要含煤地层的沉积环境、煤质特征、热演化程度与煤阶分布、煤储层物性等地质特征,通过构造特征、地应力分布特征、封盖条件分析,结合前期勘探成果,综合研究后认为:宁武盆地南部煤层气的富集受构造部位、应力场以及煤层顶底板封闭条件控制,构造上斜坡带煤层气富集高产,构造应力场低值区煤层渗透性好,封闭条件好的地区煤层气保存条件好。进而预测出W02井以东、W04井以南地区具有获得高产煤层气井的有利条件,是有利的煤层气富集区。

复杂断块构造的地应力场研究——以海拉尔盆地贝尔凹陷希3断块为例

根据贝尔凹陷希3断块的井孔崩落资料以及差应变和波速各向异性法得到的地应力测量数据,采用有限元约束优化反演法,对希3断块的三维地应力场进行了模拟,探讨了断层对地应力场的影响以及断块构造的地应力分布特征.研究结果表明:断层附近的地应力分布主要受邻近断层的影响,且与扰乱程度、断层的几何尺寸和距离断层的远近等因素相关.不同类型断层的纵向延伸加剧了纵向上地应力场分布的复杂性.这一现象在单断式断块油气藏有所体现,在双断式、三断式以及断阶式断块油气藏中表现得尤为突出;断层对应力方向的扰动作用在弹性模量高的硬地层中更为剧烈.离散"点"的实测值不能全面反映断块构造应力场全貌,三维数值模拟是断块油气藏地应力场定量分析的有效手段.

ABAQUS软件在岩体力学参数和初始地应力场反演中的应用

越来越多的岩土工程采用大型商业软件进行数值模拟,但很多工程在初始地应力场的反演方面仅仅考虑弹性分析,这样不但与实际的岩体材料本构特性不符,导致反演的应力场准确度降低,而且存在反演的结果与后续的计算步能否顺利衔接的问题。为此,总结了商业软件ABAQUS在获得平衡地应力场方面的几种方法及其优缺点,然后利用该功能,在考虑岩体弹塑性本构模型情况下,采用线性回归和改进的BP神经网络相结合的方法反演了基于测点数据的某区域的初始应力场,结果表明,其反演精度可满足工程要求,并可反演边界条件以外的其他参数。

地球自转速率变化引起的全球应力场

本文用有限元方法计算了地球自转变化引起的全球应力，包括离心惯性力和纬向惯性力引起的应力。离心惯性力变化引起的应力其主方向为ＳＮ向和ＥＷ向，应力的大小随着地球自转角速度的持续增加而积累，其量级可能达到几十到几百兆帕或更大。纬向惯性力引起的应力，在均匀地球的情况下，主应力方向为ＮＥ向和ＮＷ向。在地壳厚度按一定规律分布时，应力场的分布沿ＥＷ方向具有分带性，并且与全球大洋中脊的分布有对应关系，但应力幅度很小。

树25区块有限元三维地应力场分布规律

以岩石力学实验和地应力岩心测量为基础，利用三维地应力场有限元约束优化反演技术，对松辽盆地三肇凹陷树25区块的地应力场进行综合研究，得出该区块地应力分布规律。模拟结果表明，断层可对应力传递产生影响，导致地应力的大小和方向发生较大变化，地应力低值区分布在断层内及其附近区域，地应力高值区分布于断层端部的局部区域，树25区块断层附近应力方向偏离区域方向10°-20°。模拟结果对该区裂缝分布情况、压裂改造方案制定、注水井网布置有重要的指导作用。

金川矿区地应力场特征

从地质构造、显微构造、地壳形变场和震机制解等方面 ,探讨了金川矿区区域应力场特征及其力源 .地应力测量成果综合表明 ,金川矿区为一以水平残余构造应力为主的高地应力区 ,地应力场具有显著的不均匀性、各向异性 。

库车坳陷克深三维区现今地应力场及储层裂缝数值模拟

利用ANSYS有限元分析软件,在建立力学模型的基础上,以井点现今地应力值为约束,进行了克深三维区现今地应力场的数值模拟,建立了地应力与储层构造裂缝参数的定量关系模型,并结合古今应力场对储层构造裂缝参数进行了定量预测。数值模拟结果表明:构造高部位、断层带是地应力的低值区和裂缝的发育区;随深度增加,现今地应力值逐渐增大,而储层裂缝发育程度逐渐降低;现今地应力场和储层裂缝参数的数值模拟结果与测井解释结果基本吻合,能够反映现今地应力场及储层裂缝分布规律。

基于声波测井信息的岩石弹性力学参数研究

声波测并资料是油气田勘探开发中最基础和最重要的资料之一。根据声波测井信息对地层纵、横波的提取,结合密度测井资料,得到岩石弹性力学参数的计算公式,并据此编制了声波测井应用软件。通过对胜利油田某井的实例分析表明,利用声波测井资料可以方便可靠地确定岩石动态力学参数,这为岩石特性及地应力场的研究提供了一种可行的研究方法。并且,该方法节约了昂贵的弹性力学参数测试费用,具有明显的经济意义和实用价值。

X10-3水平井分段压裂优化技术研究

X10-3水平井具有埋藏深、笼统全相位射开井段长、原油黏度高、水平井筒与油藏最大地应力方向不完全平行的特点。压裂改造时存在吸液孔数多、裂缝扭曲复杂、多裂缝发育、压裂液滤失严重、压裂液返排及生产时原油流动困难的问题。基于裂缝形态预测、储层地质精细划分、压裂水平井裂缝参数优选、投球分段压裂和施工压力预测等技术,形成了一套适合水平井长射孔段的低成本综合优化设计方法和分段压裂技术;通过采用大排量、高黏度前置液造缝,使用粉陶打磨孔眼和降滤失,优化压裂液性能,采用低密度支撑剂等手段,保证了施工的顺利实施。测试结果表明,压裂改造形成了4批次裂缝,产液量从压前抽汲9.7 m3.d-1变为自喷产液量20 m3.d-1,获得了良好的增产效果。

考虑地应力耦合的热采井套管损坏分析

考虑到热采过程会引起井筒附近地层局部温度场的改变,文中将注汽前地应力、热采过程中局部地应力改变以及套管热应力的作用三种因素进行耦合求解,计算得到套管的最大Von Mises等效应力。计算结果表明,热采注汽初始阶段套管温度迅速上升,使套管柱处于高温场中,在套管内部产生热应力。热采过程引起的局部地应力场改变对套管最大Von Mises等效应力有较大影响,仅仅考虑温度改变对套管Von Mises等效应力的影响是不够的,建议在计算套管Von Mises等效应力时,应尽量考虑地应力的作用。

中国现代海平面变化及其地壳动力学含义

根据中国沿海26个验潮站资料,计算了海平面年平均值,并用最小二乘法求得年平均升降速率。研究发现,在近百年来世界气候变暖、海面普遍有所升高的情况下,中国北方海平面出现普遍下降,南方海平面普遍升高。认为这种差异变化,除了气候等因素以外,主要取决于地壳动力学方面的因素。作者进一步结合现今地应力场和相邻板块活动情况及中国大陆块体变化、深部地幔物质上涌等地壳动力学问题进行了较详细的分析研究。结果表明,中国东部沿海南升北降的海平面变化格局与周围板块向大陆的推挤有因果关系,并指出北方地质块体稳定性差、富柔性;南方块体较稳定、富刚性,形变甚微。这是南北海平面变化不同的内在因素。根据上述分析,对海面变化趋势及其危险性进行了初步评估,并重点结合塘沽一带渤海实际情况提出了自己的认识。

汶川地震后三峡地区应力场的变化研究

利用2008年5月12日汶川8.0级地震发生时三峡井网8口井孔的水位阶变资料,采用承压井潮汐理论反演水井含水层体应变固体潮系数的方法,估算出该地震引起的三峡坝区、库首区应力场的调整变化。

地应力场边界条件最优化数值模型及求解方法研究

地应力场对于油气田勘探开发方案设计、油气增产措施评价具有非常重要的意义,构造应力的确定对于地应力场分布的研究极为关键。文章在考虑了力学模型、几何模型以及平衡方程基础上,应用叠加原理把地应力场求解转化为对构造应力边界值确定的问题,提出了求解边界构造应力的最优化数值模型。该模型所确定的最优化方程组个数远多于求解的未知数,因此应用正则化理论建立了不同的应力边界条件适定方程组并给出该方程组的求解方法。最后,通过建立的验证模型计算表明,文章所提出的最优化数值模型能够计算出合理的构造应力边界值,为建立区域构造应力场的边界载荷提供依据。

2008年汶川M_S8.0地震与青岛台地电阻率异常变化的关系

分析了2008年5月12日汶川MS8.0地震前山东省青岛地震台地电阻率和地下水位的异常变化。对比发现,地电阻率与地下水的异常起始时间一致,其中,地下水位下降,地电阻率上升,推测产生异常的原因是,该观测区位于断裂破碎带附近,构造变形引起地下水或含水度变化的响应敏感,进而引起地电阻率的变化。此外,文中对地震前应力场的变化与电阻率的变化之间的关系也进行了探讨。

安徽及周边地区断层水准变化特征研究

对安徽及周边地区断层水准观测资料分析认为,郯庐断裂带南段安徽和江苏境内的断层以继承性构造运动为主,伴有幅度较大的波动变化;中段山东境内的断层活动主要反映了季节性变化和构造活动。整体上看,研究区内断层活动速率不高,断层均处于正常活动状态。个别断层垂直形变变化趋势与地球自转有一定的相关性,与区域主压应力轴方位角变化比较一致,这种相关表明其垂直形变变化与区域应力变化有关。

库区构造应力场对水库诱发地震的影响

以丹江口水库为对象,根据库区地震地质构造建立库区的有限元模型,反演库区蓄水前的构造应力场和地应力场,并分析其分布特点以及库区塑性应变特点,探讨构造应力场对水库诱发地震的影响,研究成果为水库诱发地震机理研究提供参考,并为丹江口水库续建工程诱发地震的预测与安全评价提供依据.