应用水压致裂法测量三维地应力的几个问题

以新疆某抽水蓄能电站地下厂房区地应力实测资料为基础,探讨了当前应用水压致裂法测量三维地应力存在的几个问题,提出了孔壁出现倾斜水压破裂时计算三维地应力的简便方法,并对水压致裂三维地应力测量方法的应用前景进行了讨论。     

水压致裂法地应力测量的数值模拟

由于测量深度深及其他突出优点,水压致裂法在地应力测量中已在国内外得到了广泛使用。基于大型通用有限元软件平台 Abaqus,建立了二维应力-损伤演化模型,对不同水压及初始裂隙下的多工况进行数值模拟试验,并与理论解进行比较以验证数值模拟结果的可靠性。分析结果表明:数值模拟试验的裂纹开展方位、致裂压力最小值与理论解吻合;初始裂隙的存在将影响致裂最小水压力值和裂纹扩展方向及模式,其结果可对原位地应力测试和水压致裂工程设计提供借鉴和指导。     

水压致裂法三维地应力测量及其修正和工程应用

叙述了水压致裂法三维地应力测量在水布垭枢纽中的具体应用,并对经典理论( 钻孔轴向就是地应力的一个主方向的假定) 整理的实测成果,进行了修正     

原生裂隙对水压致裂应力测量结果的影响

以水压致裂原地应力测量实际测试结果为例,通过对测试记录曲线及地应力计算结果的分析,结合破裂的印模定向和钻孔超声波测试结果,讨论和分析了原生裂隙对水压致裂原地应力测量结果的影响,并对相关的数据处理方法提出了合理的建议。     

一种新型绳索取芯钻杆内置式双管水压致裂地应力测试方法及其应用

综合论述水压致裂地应力测量理论和技术的发展过程,讨论基于推拉阀控制的单管加压系统或由外置式高压软管与钻杆组成的传统双管加压测试的水压致裂技术及适用条件。针对滇中引水工程勘察阶段大量采用绳索取芯钻探技术进行复杂地质条件地质勘探的实际情况,以绳索取芯钻杆条件的岩体地应力测试为研究对象,研究一种新型绳索取芯钻杆内置,并分段固定式双管水压致裂地应力测试方法,研发相应试验测试装置,对测试过程控制以及相应管道压力损失估算等进行研究和讨论。利用该项技术成功进行5个测孔56个测段的地应力测试,最大测试深度为724 m。该测试方法解决了传统水压致裂地应力测量方法不能直接应用绳索取芯钻杆的难题,对复杂条件下的工程岩体地应力测试问题提供了一种新的测试技术手段。     

水压致裂法在大巴山深埋隧道地应力测试中的应用

大巴山地区地质构造复杂，目前建设的隧道多为深埋隧道。了解地应力条件对隧道施工设计参数的选择以及岩爆的风险预测具有重大意义。选择水压致裂法，以大巴山区域旗杆山隧道为例，介绍了水压致裂法测试深埋隧道地应力的方法，并对测试结果数据进行分析，从而对该隧道施工期间发生岩爆的可能性进行预测。实践表明，运用水压致裂法，能较为准确地测量到深埋隧道相关施工区域的地应力分布特征，同时具有施工周期短，施工操作简单的特点。     

原生裂隙水压致裂法三维地应力测量研究

原生裂隙水压致裂法地应力测量,充分利用了重张试验确定裂隙法向应力精度高的特点,克服了传统水压致裂法假设多、钻孔横截面最大主应力计算误差大等缺点,并且可进行大尺度的三维地应力测量,但当所测原生裂隙距离大时,应考虑应力梯度。介绍了原生裂隙水压致裂法三维地应力测量的原理和步骤,基于大量的实测地应力分布规律的研究成果,简化出满足一般工程的线性应力梯度形式,并推导了便捷的计算过程。工程应用发现,不考虑应力梯度的原生裂隙水压致裂法三维地应力测量结果与考虑应力梯度测量结果具有一定差别,而后者的测量结果能反映测试范围内的地应力场变化。更多还原 AbstractFilter('ChDivSummary','ChDivSummaryMore','ChDivSummaryReset');     

水压致裂法三维地应力测量成果计算与分析的探讨

在水压致裂法地应力测量基本原理研究的基础上，通过对测量资料进行分析整理，对目前已普遍应用的三维地应力测量方法中岩壁上破裂缝方向和资料整理的计算公式进行了深入研究，并举有实例。     

单钻孔中水压致裂法三维地应力测量的新进展

由于测量深度深和其他突出优点,水压致裂法地应力测量已被国内外广泛应用,但以往只能测量钻孔横截面上的二维地应力状态。长江科学院在国内率先提出在3个不同方向钻孔中和单钻孔中进行三维地应力测量的原理和方法,扩大其应用范围,并已在工程中得到广泛应用。近期,长江科学院又提出新的单钻孔水压致裂法三维地应力测量原理,只需选择2个或2个以上原生裂隙段进行重张试验的测量,或者在完整岩体段常规压裂试验的同时,选择1个或1个以上原生裂隙段进行重张试验的测量,就可确定岩体的三维地应力状态,并且可以应用到深钻孔的测量中,在工程上有广泛的应用前景。对该测量方法资料整理的计算公式严格进行推导,在实例中,三维地应力测量的测量成果,不仅得到水压致裂法钻孔横截面上实测的二维应力状态的检验,还得到同一钻孔对应深度的套芯应力解除法实测的三维地应力状态的印证。     

拉日线峡谷区地应力分布特征的分析

介绍了拉日线峡谷区地应力分布特征的概况,分析了雅鲁藏布江峡谷区地应力的特征,进行了峡谷区水压致裂原地应力测量,探讨了高地应力对工程的影响,提出了高地应力的应对措施和选线原则具有一定的参考价值。     

复杂泥页岩地层地应力的确定方法研究

掌握地层原始地应力状态是有效控制钻井过程中泥页岩地层井壁失稳的前提。在分析水压致裂法、Kaiser效应法、差应变法和多极子测井方法测量地应力的技术现状的基础上，发现利用单一方法获取复杂泥页岩地层的地应力比较困难，将多种方法组合在一起才能较好地解决问题。如果地层破裂试验层段有钻井岩芯，可通过差应变方法获得主地应力的比值；如果地层破裂试验层段没有钻井岩芯，可通过多极子测井方法得到两个水平主地应力的差值。将两个水平主地应力的相对值代入地层破裂试验的破裂压力计算模型，可分别确定出两个水平主地应力的大小。利用地层破裂试验与差应变试验组合测地应力方法和地层破裂试验与多极子测井组合测得应力的方法，分别较为成功地测试地应力。     

万福煤矿深部水压致裂地应力测量

为了克服煤田上覆冲击层厚度高达700m所造成的困难，保证超千米深部地应力测量的成功，对传统水压致裂法测量方法和设备进行改进，增加测量系统的耐压能力和测试系统的精度。在完成的7个钻孔、37个测点的现场实测中，6个钻孔的深度接近和超过1100m，最大测点深度为1105m，创造了我国水压致裂法测量地应力钻孔深度的新记录。通过实测，确定了矿区的地应力状态及其分布规律。研究结果表明，37个测点的最大水平主应力与垂直主应力的比值为1．441～3．224，平均为1．97，反映了矿区地应力场以水平应力为主导的特点。测量结果可为矿山建设和开采设计提供科学的依据。     

福州西北绕城高速公路贵新隧道地应力测试及岩爆评价

贵新隧道是福州西北段绕城高速公路的控制性工程,属硬质岩区深埋长大隧道,地应力及岩爆问题是隧道设计施工必须考虑的重要问题,本文通过深孔水压致裂法进行实地地应力测量及回归分析,为隧道设计提供地应力参数及岩爆评价。     

浅部地层破裂压力预测研究

擅要地层的破裂压力对钻井液密度确定、井身结构设计和水力裂缝起裂形态预测有着重要的指导作用。井壁的破裂压力不仅取决于地应力，还与井眼形态和地层的强度各向异性有关。从地应力与岩石力学参数研究入手，分析井周应力场分布，根据起裂准则，建立了浅层破裂压力预测模型，并在现场得到了成功的应用。     

考虑应力梯度的原生裂隙水压致裂法地应力测量的原理及工程应用

介绍原生裂隙水压致裂法地应力测量的原理及其与经典水压致裂法的异同之处，并探讨在单钻孔中考虑沿铅直钻孔轴向应力梯度的应力场的反演方法。在求解某液化石油气地下储备库工程应力场的过程中，假定区域应力场在拟建洞室附近的小区间内呈线性关系，并将参考点选在洞室附近某点，与前人将参考点选在地面并假定区域应力场从地面至钻孔底部整个深度区间内呈线性关系的研究成果相比，无疑使得计算结果更趋合理。同时将遗传算法应用于求解应力场任意一点的完全应力张量，得到比较满意的结果。     

钙芒硝盐岩水力压裂裂纹端面特征试验研究

为研究钙芒硝水力压裂作用下裂纹扩展-溶解机理,对钙芒硝矿层的流体化开采提供参考,同时填补水力压裂中只有物理作用而无化学作用的空白,丰富水力压裂理论,作者采用室内试验的方法,分别进行了钙芒硝试件在轴压/围压为5/4 MPa、7/4 MPa、9/4 MPa三种应力条件下的水力压裂实验,并采用3D形貌扫描仪对破坏断面的裂纹形态进行扫描,结合裂纹粗糙度表征公式对试验数据进行计算分析。研究发现:钙芒硝水力压裂是应力和溶解的共同作用,压裂过程大致可以分为水压升高阶段、裂纹扩展阶段、水压下降阶段3个阶段;3个阶段的划分与前人研究成果相同,但裂纹扩展阶段的压力波动剧烈,与其他岩石(例如,煤,页岩)水力压裂试验结果相差较大,其为钙芒硝溶解现象影响所致;不同应力下,钙芒硝水压致裂后裂纹形态不同;当垂向应力差异系数(k)≤0.75时,钙芒硝盐岩产生横向裂纹,k≥1.25时,钙芒硝盐岩将产生纵向裂纹;同一应力状态下钙芒硝清水致裂后裂纹端面粗糙度大于饱和盐水致裂后的粗糙度,不同应力状态下,水压致裂后粗糙度随轴压的增大而增大。研究成果对钙芒硝矿层的原位溶浸流体化开采具有重要的工程价值。     

基于有效应力概念的矿井临界突水系数修正及应用

 矿井底板突水和水压致裂具有同源的力学机制,都是确定岩石(体)破坏的临界水压(突水系数为单位厚度的临界水压)。从水压致裂理论分析得出,有效应力系数对其作用显著。针对矿井底板破坏突水问题,通过对突水实例模拟分析,从稳态和瞬态两方面深入探讨有效应力系数变化对煤矿底板破断突水过程的影响。基于有效应力概念,推导煤层底板在不同渗透状态下临界突水系数的公式。最后,根据矿井底板不同的渗透特性,提出修正突水系数的计算方法和现场测试使用方法,对深刻理解岩体破坏突水的渗流力学本质、突水系数的内涵、指导底板注浆防渗设计,具有重要的理论和实用价值。     

定向射孔对水力裂缝起裂与延伸的影响

 射孔孔眼是沟通井筒和地层的通道,压裂施工中射孔参数影响施工效果。采用大尺寸真三轴水力压裂物理模拟实验系统,研究定向射孔方位角、水平应力差和微环隙对裂缝起裂、延伸、转向、破裂压力及形态的影响,并建立了射孔直井在地应力条件下产生垂直裂缝的破裂压力预测模型。实验结果表明：利用定向射孔压裂技术可以在地层中形成双翼弯曲水力裂缝;随着定向射孔方位角的增大,破裂压力越来越高,转向距离也越来越大;且水平最大主应力与水平最小主应力之间的应力差对裂缝的转向距离有很大影响;微环隙对裂缝形态及破裂压力也有影响,其使得破裂压力较从射孔孔眼起裂所需压力大幅降低,且裂缝形态与裸眼井起裂类似。结论对于实际的射孔参数优化设计和水力压裂施工具有参考意义。     

Advance of in-situ stress measurement in China

In-situ stress is an essential parameter for design and construction of most engineering projects that involve excavation in rocks.Progress in in-situ stress measurement from the 1950s in China is briefly introduced.Stress relief by overcoring technique and hydraulic fracturing technique are the two main techniques for in-situ stress measurement in China at present.To make them suitable for application at great depth and to increase their measuring reliability and accuracy,a series of techniques have been d...