基于地应力评价的煤系储层合层压裂参数优化

在煤系地层多储层合层勘探开发中,准确评价多储层地应力状态以及明确合压裂缝扩展规律具有重要意义。为此,以煤层气井M井为例,结合地球物理测井和一维力学模型,计算了本溪组煤系地层地应力状态和岩石力学参数,基于格子方法建立了考虑煤层和砂岩层合层压裂数值模型,重点探究了射孔位置和排量对合压裂缝扩展规律的影响。研究表明:(1)本溪组煤层地应力类型为正断型地应力,由于水平差应力系数大于0.25且水平差应力较大,压裂时容易形成垂直裂缝;(2)射孔位置显著影响煤系地层合压裂缝形态,当射孔位置在煤层顶界面时,煤层和砂岩层的裂缝面积之和,以及有效裂缝面积比最大,为最优射孔位置;(3)同样注入液量条件下,当射孔位置在煤层中部时,低排量能够降低合压裂缝向下部泥岩层的扩展,显著提高有效裂缝面积比,但低排量不利于在中部煤层和上部砂岩层形成大面积的改造裂缝,需要结合实际条件综合优选排量。研究成果可为典型软硬岩体互层的煤系储层合层压裂施工参数优化提供理论指导。

喜马拉雅东构造结西缘地应力特征及其对隧道围岩稳定性的影响

拟建川藏铁路林芝—通麦段位于喜马拉雅东构造结西侧,构造和应力环境非常复杂,查明其现今地应力特征对于铁路线路工程地质条件评价和隧道科学施工有重要的指导作用。采用水压致裂法在林芝—通麦段实施总计20个钻孔原地应力测量,根据实测数据对该段的现今地应力特征进行研究,并对其围岩稳定性和工程灾害效应进行评价。结果表明:(1)林芝—通麦段实测主应力随埋深的增大而增加,但整体应力积累水平相对偏低,500 m以深发育走滑型应力,表明水平主应力占主导,与区域动力学环境和主要构造活动方式相一致;(2)实测SH平均方位角为N61°~72°E,与震源机制解、GPS和壳幔各向异性资料揭示的区域构造应力方向具有较好的一致性,表明其受区域构造运动方式控制;(3)林芝—通麦段隧道Ⅱ和Ⅲ级围岩以中等~极强岩爆为主,初始岩爆埋深约为400 m,岩爆风险随埋深增加而增大,其中拉月隧道发生强烈~极强岩爆比例最高;(4)基于Hoek-Brown准则预测显示,围岩脆性破坏深度随埋深增大而线性增加,其中拉月隧道最大埋深处围岩脆性破坏深度可能将达1.4倍隧道半径。

高地应力下深部岩芯饼化裂缝发展规律及机制研究

以青海共和盆地干热岩调查井的钻孔岩芯为研究对象,首先分析现场岩芯饼化侧面破坏特征、端面断口宏观和微观特征,然后基于三维离散-连续混合方法,分析不同类型应力状态下钻孔取芯过程中的裂缝扩展行为,从细观角度探究岩芯饼化形成机制。研究结果表明:(1)饼化岩芯侧面特征可分为破碎状、薄饼状、饼化状和厚饼状;端面断口形态可分为马鞍形、平面、杯状凹面和椭圆形,大多粗糙不平,具有凹凸性;(2)岩芯饼化侧重于拉伸破坏机制;(3)高水平主应力是岩芯饼化发生的主要因素,诱发带状分布裂缝并产生杯状凹面断口;垂向应力抑制裂缝带状分布,水平应力较小时,足够大的垂向应力可使岩芯产生平面断口;(4)在应力重分布作用下,岩芯根部产生大量裂缝,岩芯上部的已有裂缝也会继续发展,加剧岩芯饼化程度;(5)水平主应力差异性既影响裂缝的分布状态,也影响裂缝走向,裂缝走向倾向于沿最大水平主应力方向,且聚集分布在岩芯边缘附近区域;(6)裂缝走向分布受应力水平的影响,沿最大水平主应力走向裂缝比例随最小水平主应力的减小或垂向应力的增大而增加,较大的最大水平主应力会削弱裂缝走向对应力方向的指示作用。

发震断层震前应力降现象及其机制探讨

为了探究发震断层临震应力变化与失稳过程之间的规律性联系,开展跨尺度岩体样本震前应力降现象及机制研究。通过对典型地震实验数据、野外地应力监测数据进行计算分析和再解释,研究不同尺度研究对象的震前应力-应变变化规律。结果表明:(1)从岩块、钻孔到地壳尺度的实验观测数据均显示,断层失稳前都有应力突然减小(应力降)的现象;(2)震前应力降现象空间尺度跨越3~6个数量级,应力降提前响应时间覆盖1~6个数量级,表明参与地震孕育介质规模和质量越大,前兆响应时间越长;(3)野外钻孔地应力监测数据表明,应力降大小和提前响应时间与天然地震存在线性正相关关系;(4)发震断层岩体固有的塑性属性使其整体崩解迟滞于力学失衡,另外,断层滑移需克服其表面不规则的凹凸体,该过程的应力-应变加载速率迥异并导致二者在时间尺度上产生显著的差异性,这可能是应力降能够先于地震发生的潜在机制。