横观各向同性地层井壁应力分析

目前关于实钻井壁应力分布计算大都基于岩石的各向同性,在实际工况分析中存在误差。该文应用各向异性材料力学理论,将层状地层简化为横观各向同性岩石材料,建立了各向异性地层井孔周围应力计算模型。应用弹性力学广义平面应变问题的复变函数解法,结合井孔周围受力边界条件及相关坐标转换,得到横观各向同性地层斜井壁围岩应力解析解。对井壁围岩主应力影响因素的分析表明,层理面弹性参数、层理面倾角、水平原地应力比和井斜角方位角对井壁应力分布均会造成影响。在进行层理性地层井壁稳定分析时,应格外注意层理面倾角、原地应力比以及井斜参数的影响。该结果对现场施工设计有很好的指导意义。     

利用井孔斯通利波反演横向各向同性地层SH波慢度

1引言 随着勘探程度的提高,各向异性在地震勘探和声波测井中极大地吸引人们的研究兴趣.地下许多岩层都呈现横向各向同性(如页岩,砂泥岩薄互层等),本文数值分析了横向各向同性地层中井孔斯通利波的频散特性,发现低频斯通利波对地层SH波速度较敏感.因此,利用质心相慢度法可从频散的阵列斯通利波波形中反演地层SH波慢度,并进一步评价地层各向异性.     

采用等效介质模型研究地应力场中套管井周波速的空间分布

在以往的工作中,利用弹性力学理论获得了地应力场中套管—水泥环—地层系统应力分布的解析表达式。在此基础之上,应用等效介质模型的速度—应力关系式,研究了地应力场中套管井周弹性波速的空间分布规律。分析结果表明,相对裸眼井,套管井应力集中的程度更加明显,由于套管和水泥环的存在,地层应力集中的范围明显缩小到井眼附近。应力集中将导致套管井周波速空间分布的各向异性,对应不同方位径向偏振的横波速度的交叉点明显向井孔附近移动,这意味着垂直偏振的两种弯曲波频散曲线的交点会向高频移动。这一结果表明,在高频情况下,在套管井中应用正交偶极子声测井检测应力导致的各向异性是可行的。     

弹塑性本构模型计算冻结壁应力场和位移场

应用冻结壁在卸载状态下冻结壁-周围土体共同作用的力学模型,基于大量的冻土应力-应变关系曲线的试验,采用弹塑性非线性本构模型计算冻结壁应力场和位移场.计算结果表明,由于冻结壁在周围土体共同作用下外载比原始水平应力要低,计算的应力场和位移场和有限元模拟接近地.     

随钻电磁波测井响应时域有限差分数值模拟

应用时域有限差分法研究了随钻电磁波测井在各向异性地层中的响应特性和瞬态传播特性,计算了单轴和双轴电各向异性地层中的随钻电磁波测井响应,分析电各向异性地层参数变化(垂直电导率和水平电导率)、频率变化等对测井响应的影响。研究结果为随钻电磁波测井在电各向异性地层中的响应解释提供了理论基础。     

岩体中的初始应力场

初始应力场的形成与围岩性质、构造、埋藏的条件和构造运动的历史有着密切的联系,是指隧道结构开挖前的围岩周围的初始静态应力场,它问题是相当复杂的。初始地应力状态与施工引发的附加应力状态是不相同的,对遂道开挖后围岩的应力分布、破坏、变形有着相当重要影响,可以这么说:对坑道开挖后一系列力学过程和现象做出正确评价是需要我们对围岩初始应力状态有充分了解的。     

井间地震资料中纵波各向异性参数反演

采用旅行时线性/二次联合插值射线追踪算法(QLTI算法)得到各向异性地层的P波井间层析成像旅行时,在地层垂向速度和各向异性参数反演中引入了小生境遗传算法,采用共享函数完成种群进化过程中个体的选择操作,更好地维护了种群中个体的多样性,在一定程度上能避免陷入局部极值。数值算例表明,该方法能细致地描述地层各向异性信息,反演精度高、稳定性好。多尺度联合反演使得小炮检距下也能得到精度较高的各向异性参数。     

地层破裂试验和Kaiser效应法联合确定地应力方法研究

准确确定地层地应力状态,可有效防止钻井过程的塌、卡、漏失等事故的发生,还可以优化压裂改造及指导油藏开发等。如今主要有地层破裂试验、Kaiser效应试验及差应变分析等几种地应力测试方法,其中地层破裂试验解释得到的地应力值最为可靠。本文在利用Kaiser效应试验对某油田进行地应力测试中发现,试验条件、岩心时间效应等因素对试验结果具有影响,为此,按取心时间、层位将岩心分组,并在同试验条件进行KaiSer效应试验。利用同层地层破裂试验解释得到的应力值对Kaiser效应试验结果修正,可有效克服相关因素的影响,提高了Kaiser效应试验结果的精确度。     

用切口尖端单元分析各向异性材料中多边形孔奇异性应力场

该文提出了一种基于全数值方法的新型杂交元方法, 用于研究各向异性复合材料中多边形孔奇异性应力场干涉问题。该方法的建立分3 个步骤:首先, 用一维有限元方法求解各向异性材料切口尖端奇异性应力场数值特征解;然后, 采用杂交有限元列式构造一种超级切口尖端单元, 其中, 假设应力场和位移场是利用上述奇异性场数值特征解推导出来的;最后, 将上述超级切口尖端单元与传统4 结点杂交应力元组装, 得到新型杂交元方法。算例中, 将裂纹问题作为考核例, 并进一步考察双菱形孔和双矩形孔的奇异性应力干涉问题。算例表明:当前模型能降低单元数, 且精度好;与传统有限元法和积分方程方法相比, 该模型更具有通用性和高效性, 为各向异性材料的细观力学分析打下了基础。     

含周期性裂纹正交各向异性板平面问题的应力场分析

通过引入适当的Westergaard应力函数,采用复变函数方法和待定系数法对含周期性裂纹正交各向异性纤维增强复合材料板的Ⅰ 型、Ⅱ型问题中裂纹尖端附近的应力场进行了力学分析。在远处对称载荷与斜对称载荷作用下,先给出Ⅰ型、Ⅱ型问题在裂纹尖端处的应力强度因子,然后导出用应力强度因子表示的Ⅰ型、Ⅱ型裂纹问题应力场的解析表达式。此外,应力场大小与材料常数有关,这是正交各向异性材料不同于各向同性材料的特征。由于裂纹的周期分布,应力强度因子的大小取决于形状因子。结果表明,形状因子随着裂纹长度的增加而增大,随着裂纹间距的增大而逐渐下降,当裂纹间距趋于无穷大时,退化为含单个中心裂纹正交各向异性纤维增强复合材料板的结果。      

Acoustoelastic Effects on Borehole Flexural Waves in Anisotropic Formations under Horizontal Terrestrial Stress Field

Applying the Stroh theory and based on the works of Hwu and Ting (1989), the complex function solution of stress and displacement fields around an open borehole in intrinsic anisotropic formation under horizontal terrestrial stress field is obtained. For cross-dipole flexural wave propagation along borehole axis, using the perturbation method, the acoustoelastic equation describing the relation between the alteration in phase velocity and terrestrial stress as well as formation intrinsic anisotropy is derived. At last, the numerical examples are provided for both the cases of fast and slow formation where the symmetry axis of a transversely isotropic (TI) formation makes an angle with the borehole axis. The phase velocity dispersion curves of borehole flexural wave and the corresponding velocity-stress coefficient are investigated. Computational results indicate that different from the stressed intrinsic isotropic formation situation, the variation in the phase velocity of flexural wave in stressed intrinsic anisotropic formation is dominated by two factors, one is the intrinsic formation anisotropy itself and the other is the stress-induced anisotropy. The former factor merely causes the borehole flexural wave split while the latter factor induces the dispersion curves intersection for two flexural waves polarized orthogonally. The combined effect of the two factors could strengthen or weaken the phenomenon of crossover for flexural wave dispersion curves. Thus, the dispersion curves of flexural waves may not intersect even under the unequal horizontal terrestrial stress field, whereas it is still possible to observe the crossover of the flexural wave dispersion curves under the equal horizontal terrestrial stress field. The polarized direction of the low-frequency fast flexural wave is no longer consistent with the direction of the maximum horizontal terrestrial stress all the time. Therefore, the crossover of the borehole flexural wave dispersion curves means that the terrestrial stress must exist. On the other hand, we can't exclude the possibility of the existence of terrestrial stress even if the flexural wave dispersion curves do not intersect. Based on the above researches, the method for terrestrial stress inversion from borehole flexural wave dispersion curves obtained by cross-dipole sonic logging in stressed intrinsic anisotropic formation is simply discussed.     

单孔单侧护壁爆破模型试验与数值模拟

对单孔单侧护壁爆破进行了砂浆模型试验,并对护壁面和临空面进行了动态应变测试,测试结果显示护壁面的应变峰值较临空面降低了44%;运用LS-DYNA3D有限元软件对该试验进行三维数值模拟,分析了炮孔周围介质的有效应力场、压力场、速度场及质点位移的发展和分布.结果表明:护壁面方向的压力、速度、位移的峰值分别较临空面方向降低了46%、43%、40%,并发生了不同程度的滞后,数值模拟结果与模型试验结果有很好的一致性.     

刻槽爆破的机理分析及刻槽刀头参数设计

本文用边界元法对刻槽孔爆破的力学机理进行了分析,讨论了刻槽方向的应力集中作用和导向作用,非刻槽方向的应力抑制现象,并用正交试验的方法,对刻槽刀头参数进行了优化设计.     

护壁爆破的基本原理与爆破效果的声波评价

采用半圆套管的护壁爆破技术在产生定向裂隙的同时,保留部分的岩体还受到套管的保护,可避免爆破损伤.论述了在爆破冲击波和爆炸气体准静压作用下,双侧和单侧半圆套管的护壁的基本原理,以及套管护壁爆破和光面爆破效果对比试验的声波评价.     

Analysis of dynamic characteristics of through‐wall cracks between 2 boreholes in the directed fracture controlled blasting

Through‐wall cracks between 2 boreholes in the directed fracture controlled blasting have been always concerned by researchers. Dynamic characteristics of through‐wall cracks between 2 boreholes and lateral crack propagation of boreholes in the double‐borehole slot mode and the synchronous blasting of boreholes were examined using the explosive loading digital dynamic caustics experiment system. And the effects of borehole loading mode and borehole clearance on through‐wall cracks between boreholes were examined using distinct lattice spring model numerical analysis, based on the experiment model. Findings show that the tips of through‐wall cracks between boreholes did not meet directly but staggered, continuously propagated after meeting, and moved closer to the existing anisotropic crack direction. The velocity and acceleration of crack propagation fluctuated. K_I rapidly decreased from the maximum value, then gradually increased after a repeated volatility, and began to decrease after it reached the second peak. During the process of crack propagation, K_II was basically smaller than K_I. The dynamic energy release rate rapidly decreased from the maximum value, reached the second peak after the volatility, and gradually decreased again. The borehole loading mode and borehole clearance had significant effects on through‐wall cracks between boreholes.     

钻孔爆破中炮孔堵塞作用机理研究

在爆破施工中,炮孔的堵塞问题常常被忽略。作者根据炸药爆炸对岩石介质的破坏作用过程,讨论了炮孔堵塞作用机理,并对有无堵塞的工程爆破实例进行了爆破效果比较,阐述了炮孔堵塞的重要性。     

钻孔爆破中炮孔堵塞作用机理研究

在爆破施工中,炮孔的堵塞问题常常被忽略。根据炸药爆炸对岩石介质的破坏作用过程,讨论了炮孔堵塞作用机理,并对有无堵塞的工程爆破实例进行了爆破效果比较,阐述了炮孔堵塞的重要性。     

露天矿山裂隙岩体爆破孔距变化的研究

文中指出裂隙岩体大孔距爆破在一点条件下与结构面的特性变化关系密切，并按两组三结构面建立了孔距计算公式。     

混凝土爆破孔壁动态初始参量的数值模拟

在考虑爆轰波与孔壁相互作用及孔壁的可压缩性等主要因素情况下,根据爆轰理论和流体动力学原理,建立了计算偶合装药点起爆时孔壁动态初始参量的物理模型,给出了计算公式。计算了中等威力炸药（如２＃岩石炸药、乳化炸药和水胶炸药）在混凝土中爆炸时孔壁动态初始参量（如初始冲击波压力、速度等值）,得到了自起爆点开始沿炮孔长度方向各参量的变化规律、并得出了一些有意义的结论。