射孔对破裂压力及裂缝形态影响数值模拟研究

针对射孔对水力压裂过程中的破裂压力以及裂缝形态的问题,通过建立不同射孔方位和不同远场主应力条件下裂缝扩展模型,将位移不连续方法(DDM)应用于水力压裂过程中的力学分析研究,同时在裂缝扩展准则上运用修正了的G准则-F准则并进行裂缝扩展规律研究.根据不同射孔方位和不同远场主应力条件下裂缝扩展的模拟计算,在地应力大小和方位确定的情况下,破裂压力随着射孔方位的增大而升高,并且随着方位角的增大,裂缝形态会发生转向,而且裂缝壁面粗糙,会增大压裂液摩阻.对于实际的射孔参数优化设计和压裂施工具有参考意义.     

用全波列测井资料预测地层破裂压力的应用研究

预测地层的破裂压力在钻井施工、钻井液的选取及水力压裂等方面有着重要的意义。本文系统介绍了利用声波全波资料和岩石力学理论预测地层的破裂压力和压裂裂缝高度的方法．用该方法对吉林某区块一口井的破裂压力和压裂裂缝高度进行了预测，并通过现场资料进行了验证，结果表明破裂压力预测的精度是比较高的，误差控制在4％以内，从而提供了比较合理的钻井液密度参考值和人工压裂时的压力参考值。由此可见，该方法对合理选取钻井液密度和压裂施工具有重要的指导意义。也说明了在破裂压力预测模型中，引入了广义构造应力系数的合理性。     

基于高能CT扫描的煤岩水力压裂裂缝扩展研究

水力压裂是提高煤层气产量的关键技术,但由于煤岩力学性质的特殊性,使其裂缝扩展规律十分复杂,掌握水力压裂裂缝的形成机制对煤层气开发有着重要的意义。在开采沁水盆地南部区域的大型天然煤岩时,将真三轴水力压裂装置和高能工业CT扫描成像技术相结合,研究了天然裂缝、割理发育情况和地应力对水力压裂裂缝起裂和扩展特征的影响。结果表明:天然裂缝和割理在井筒周围的发育程度决定了水力压裂裂缝的起裂位置和破裂压力,裂缝在基质处起裂的破裂压力显著高于在天然裂缝和割理处起裂的破裂压力;在低水平应力差条件下水力压裂裂缝易沿着天然裂缝和割理随机扩展,随着水平应力差增大,地应力对水力压裂裂缝扩展的控制作用增强,合理的水平应力差范围为2～6 MPa,在此条件下易形成一条水力压裂裂缝为主、连通多条天然裂缝为辅的复杂裂缝系统。研究结果可为国内煤储层的水力压裂裂缝预测和压裂设计提供一定的理论参考和设计指导。     

基于PKN分析的煤层气垂直井水力压裂时间计算模型

注水压裂是目前提高低渗煤层地面垂直井产能最有效的手段。为了研究压裂过程中流体与岩体相互作用的时间效应,以及低渗透煤层压裂缝的时空演化规律,首先根据垂直井的受力特征,运用弹性力学等理论知识,建立相应的起裂压力计算模型;其次考虑损伤对煤岩本体变形的影响,将Dougill损伤因子引入起裂压力计算模型,从而建立延伸压力的计算模型;结合裂缝内净压力的非线性压降规律、延伸压力计算模型以及经典的PKN分析模型,最终建立新的裂缝扩展模型。该模型反映了压裂时间t与压裂半径L之间的函数关系。焦作矿区运用该模型计算表明:压裂时间控制在40~60 min,则相应的压裂半径为88.04~108.75 m。这一理论计算值与现场实际检测结果较为符合,初步验证了新建模型的正确性,可为实际施工控制以及保护矿区地下水环境提供坚实的理论依据。     

射孔方式对压裂压力及裂缝形态的影响

利用大型真三轴压裂模拟试验系统,通过模拟地层条件,监测压裂过程及其压力情况,观察裂缝的起裂及其延伸形态,进行射孔方式对压裂压力及裂缝形态的影响研究.研究结果表明,在地应力的大小和分布确定的情况下,破裂压力随着射孔角度的增大而升高,随着射孔排数的增加而降低.为有效降低地层破裂压力、提高压裂成功率及效果,射孔方位应选择0°方向,射孔密度在套管强度容许的前提下越大越好;单排射孔形成的裂缝形态较为简单,多排射孔形成的裂缝形态较为复杂,裂缝条数增加且形态各异.     

三维压裂压力递减分析方法

在前人提出的拟三维压力递减分析模型基础上,建立了解释压裂后压力递减的三维模型,模型考虑了压裂液的续流影响.利用所建模型分析的压裂停泵后的压力递减数据,可计算裂缝几何参数(裂缝宽度、高度、长度)、压裂液滤失系数、地层应力强度因子、压裂液效率和裂缝延伸时间等,为调整大型压裂设计方案和新区整体压裂优化设计提供可靠的参数.研制了一套windows环境下的解释软件,运用该软件可获得有关评价参数.用计算实例说明了三维压裂压力递减分析方法的适用性和可靠性.     

斜井压裂大型真三轴模拟试验研究

通过大型真三轴模拟试验,研究了井斜角,井眼方位角、射孔方式对斜井压裂裂缝起裂压力、起裂位置及裂缝延伸规律的影响,得到了不同参数条件下裂缝起裂和延伸的直观认识.探索通过定向射孔形成一条平整大裂缝的途径,从而降低水力压裂地层的破裂压力,改善裂缝形态,提高压裂成功率,为优化斜井地层射孔方案及水力压裂设计提供依据.实验结果对于提高斜井水力压裂技术水平,改善压裂增产效果具有重要作用.     

基于地应力场的复压造新缝力学条件

重复压裂裂缝的延伸轨迹主要受地层应力场的控制,对于重复压裂地层当前应力场是决定裂缝起裂和延伸的关键条件.本文建立了原始地应力场、初次裂缝诱导应力场、孔隙压力诱导应力场模型,并运用叠加原理,建立重复压裂应力场,给出了裂缝转向的力学条件,通过对实际井的计算得出裂缝的周围应力场分布和裂缝的延伸轨迹.     

酸处理降低地层破裂压力的计算分析

针对超深储层的破裂压力很高,对压裂施工设备的功率和承载能力要求更高,在施工安全上存在一定隐患的实际,研究了超深储层的破裂压力模型以及利用岩石力学性质的酸敏性,采取酸化预处理降低地层破裂压力,建立了射孔井筒破裂压力预测模型,分析了酸化预处理降低地层破裂压力机理.利用西部某深层气藏岩样室内酸处理前后岩石弹性模量、泊松比和岩石抗压强度变化结果,计算了该气藏酸处理前后的破裂压力,结果表明酸预处理后破裂压力大幅下降,对降低压裂施工压力有重要作用.为在现有工程条件和技术条件下,准确预测破裂压力和施工压力、合理选用施工设备、降低储层改造的工程风险提供了方法.     

钢筋混凝土无腹筋细长梁剪切破坏机理模型研究综述

根据现有关于钢筋混凝土无腹筋细长梁剪切破坏机理问题的研究成果,介绍了基于修正压力场理论的抗剪模型、临界剪切裂缝理论、塑性理论、压力路径理论、劈裂破坏理论和基于截面应变分析的抗剪模型的基本假设、核心观点及受剪承载力计算方法,并给出总结、归纳及评析;另一方面,利用相关试验数据和ACI-DAfStb无腹筋细长梁剪切破坏数据库,分别对不同理论模型的受剪承载力计算公式进行了设计参数的影响评估和统计评估;并展望了无腹筋细长梁剪切破坏机理研究的发展方向。研究结果表明：不同理论模型的部分假设缺少直接的试验依据支持,梁腹混凝土的受拉（劈裂）或受剪（骨料咬合）以及受压区混凝土对抵抗剪力的贡献成为抗剪机制的主要分歧;不同受剪承载力计算公式对不同影响因素的考虑方式的合理性和计算结果的准确度均有待进一步提高。后续深入研究应综合考虑剪切破坏问题的随机性和物理属性,利用先进测试技术、应力演化分析方法,进一步揭示剪切破坏机理。     

论水平扭剪应力场对大裂缝系统的控制

本文根据地质力学和岩体结构力学原理，探讨水平扭剪应力场在大裂缝系统形成、转化和分布中的重要控制作用及其物理模型．文中认为，大裂缝系统是较大的直压型裂缝网络与扭剪型裂缝网络叠加的产物，主要分布在较强的水平扭剪应力和术平直压应力复合作用的区块；水平扭剪应力场是改造和控制大裂缝网络结构异向性的最重要因素。这为研究和勘探较大的隐伏裂缝系统，提供了新的成藏模式和理论依据。     

Shear behaviour of a rock bridge sandwiched between incipient joints under the influence of hydraulic pressures

The rock bridges sandwiched in incipiently jointed rock mass were considered as barriers that block the fluid seepage, and provide certain shear strength reservation. For better revealing the influence of hydraulic pressure on the failure behaviour of rock bridges, direct shear tests were carried out through a newly proposed method on rock samples that contain two parallel incipient joints. By developing the gypsum-silicone pad coupling samples, a conventional triaxial test system was qualified ...     

基于神经网络模型的预拌流态土剪切特性研究

为充分利用工程弃土，将其与固化剂和水充分拌和，制备一种回填后无需压实且工程性质良好的新型填筑材料。依托南京某基坑肥槽回填工程，对不同配比的预拌流态土进行直剪试验，研究预拌流态土的剪切特性，基于神经网络模型开展了预拌流态土剪应力-剪切位移预测研究。结果表明：预拌流态土剪应力-剪切位移曲线类型受水泥配合比、养护龄期和垂直压力影响；预拌流态土的抗剪强度和粘聚力受水灰比、垂直压力、养护龄期、水泥配合比影响；预拌流态土剪应力-剪切位移神经网络预测模型对抗剪强度的预测具有较高的精度。     

Analysis of insidious fault activation and water inrush from the mining floor

Based on the stress field distribution rule of the mining floor under abutment pressure, we have established a simplified mechanical model, which contains multiple factors relating to activation and evolution of insidious water-conductive faults. The influence of normal and shear stresses on fault activation and effective shear stress distribution in the fault plane was acquired under mining conditions. Using fracture mechanics theory to calculate the stress intensity factor of an insidious fault front, we have derived the criterion for main fault activation. Results indicate that during the whole working face advance, transpressions are exerted on fault planes twice successively in opposite directions. In most cases, the second transpression is more likely to lead to fault activation. Activation is influenced by many factors, predominant among which are: burial depth of the insidious fault, friction angle of the fault plane, face advance direction and pore water pressure. Steep fault planes are more easily activated to induce a sustained water inrush in the face.     

高应力下土与结构接触面剪切特性的试验研究

高应力下土与结构接触面剪切特性的研究是当前井壁破裂理论研究的关键之一 ,本文对高应力作用下的实验仪器和实验过程做了简要的介绍 .通过实验数据的分析可知 :高应力下土与砼块、金属材料接触面的 τ-ws关系 ,当法向应力≤ 4MPa时 ,可用理想弹 -塑性模型来模拟 ,当法向应力大于 4MPa时 ,可用三直线段来表示 ;接触面剪切特性的峰值强度与残余强度相差不大 ;峰值强度的大小与法向应力和剪切位移有关 ;当法向应力较大时 ,残余强度随基底刚度的增大而增大 .最后 ,对实验模型应用于工程设计提出了需注意的因素 .     

基坑开挖过程中软土性状若干问题的分析

通过对基坑工程中主动区和被动区土体的应力路径、应力状态、土的不排水抗剪强度和孔隙水压力变化规律的讨论,几个模糊概念得到澄清．研究表明：基坑开挖过程中无论主动区还是被动区都处于卸荷状态;土体抗剪强度在不同区域、不同加载阶段是不同的．在同一固结压力下,不排水抗剪强度是卸荷抗剪强度的2倍．在模拟基坑工程应力路径的三轴室内试验研究基础上,发展了一个孔隙水压力公式．根据常规三轴试验得到的抗剪强度和孔隙水压力系数变化规律可确定不同应力路径下的土体抗剪强度．     

Shear flow analyses for polymer melt extruding under superimposed vibration

The introduction of a vibration force field has a profound influence on the polymer formation process.However, its formation mechanism has not been explored until now, With the application of experimental equipment designed by the authors named “Constant Velocity Type Dynamic Rheometer of Capillary” or (CVDRC) ,we were able to analyze in detail the whole extrusion process of a polymer melt. We did this after superimposing a sine vibration of small amplitude parallel to the extruding direction of the polymer melt, Then, we created a calculation model to determine the shear stress at the wall of the capillary using a superimposed vibration, We also determined the calculation steps needed to establish the afore-mentioned shear stress. Through measurement and analysis, the instantaneous entry pressure of the capillary, the pressure gradient, and the shear stress of the polymer melt within the capillary under vibration force field can be calculated.     

岩石节理剪切强度研究

利用断裂力学理论分析了纯剪切应力状态和双向压应力状态作用下节理模型的断裂机制。在已有的数值模拟和实验基础上,通过引入分形维数,推导了粗糙节理的摩尔-库仑剪切强度的改进公式。该公式的分析结果显示,节理尺度相对于岩体尺寸越大,节理的抗剪强度就越低,并且节理的抗剪切强度与分形维数的关系是一种非线性增长关系。     

剪切速率对黏性土混凝土界面抗剪强度影响的试验研究

通过自行研制的大型恒刚度桩土界面直剪仪,进行6种剪切速率的黏性土混凝土界面剪切试验,探讨剪切速率对黏性土混凝土界面抗剪强度的影响规律。结果表明：在黏性土混凝土界面,超孔隙水压力随着剪切速率的提高而增大;法向应力和剪切速率通过影响超孔隙水压力大小,决定黏性土混凝土界面剪切峰值强度和剪切破坏位移的大小;剪应力剪切位移关系曲线由基本一致变化到一定范围内产生偏离,且法向应力和剪切速率越大偏离越显著,并出现明显的应变软化现象;剪切速率从0.4 mm/min增加至5.0 mm/min,黏性土混凝土界面抗剪强度减小幅度增大,摩擦系数减小0.1,有效黏着力的变化介于0.81~5.93 kPa之间。     

界面切应力和重力驱动下受热过冷薄膜的破断模型研究

液膜破断过程的内在机理受流体物性、流动状态和界面边界条件的影响而有所不同。针对界面切应力和重力驱动下的受热过冷液膜性破断过程,基于控制体内的力平衡方程,建立了受热过冷液膜破断力平衡模型,模型包含了滞止压力、重力、表面张力、切应力、热毛细力和蒸汽压力的影响。在重力驱动、重力和切应力协同驱动和切应力驱动下,分别推导出层流和紊流的临界液膜厚度和最小润湿量的理论关系式,为分析受热过冷液膜的破断特征提供了一种可借鉴的理论模型。