页岩储层地应力研究进展

对于低孔、低渗致密性页岩储层,其有效开发手段是进行水力压裂改造,而地应力是水力压裂改造的核心参数,直接影响水力压裂的最终效果。在对国内外地应力研究成果全面调研和深入分析的基础上,总结了页岩储层地应力的测量方法,探索了储层岩石力学关键参数对地应力的影响,介绍了储层应力场模拟的有限元方法。页岩储层地应力测量方法主要有水压致裂法、应力解除法、井壁崩落法和声发射法;水平最小主应力和最大主应力与杨氏模量和Biot系数存在正相关关系,而与泊松比基本无关;有限元构造应力场模拟通过构建研究区的几何模型、地质模型、力学模型和数学模型,进行数值模拟,从而获得研究区构造应力场分布,预测构造裂缝的平面展布,对页岩气勘探开发优选有利区,选定钻探井位,制定合适的压裂方案等工作具有重要的研究意义。     

柳林地区煤储层埋深和地应力对其渗透率的控制机理

基于柳林地区煤储层试井资料,采用地质统计分析等方法,探讨了柳林地区煤储层试井渗透性展布规律,阐明了煤储层埋深和地应力对其渗透率的控制机制。研究表明:柳林地区煤层渗透率介于(0.03~1.43)×10~(-3)μm~2,平均值为:0.2821×10~(-3)μm~2;主要以中渗透率煤层(0.1×10~(-3)μm~2~1×10~(-3)μm~2)和低渗透率煤层(0.1×10~(-3)μm~2)为主。煤储层试井渗透率随着埋藏深度的增大而呈负幂指数规律减小,浅部的煤储层渗透率相对较高,且变化范围较大,埋藏深度的增加,煤储层渗透率降低,且变化范围较小。现今地应力与煤储层渗透率的相关性较高,当最小水平主应力大于10 MPa时,试井煤层的渗透率普遍小于0.5×10~(-3)μm~2,当最大水平主应力大于15 MPa时,试井煤层的渗透率普遍小于0.5×10~(-3)μm~2,煤储层渗透性表现为沿最大水平主应力方向。     

某公路隧道地应力测试及岩爆预测分析

以某高速公路隧道地应力测试及岩爆预测为例,在宏观地质调查的基础上,结合水压致裂法地应力现场测试和隧道开挖应力场数值模拟,选择国内外具有代表性的三种判据,即Rb／σ1判据、陶振宇判据、卢森判据,综合评价了研究洞段岩爆发生的可能性和发生的强度,为合理制定隧道的开挖支护方案提供依据。     

射孔完井临界井底流压预测新方法的研究及应用

以前研究学者在考虑射孔孔道周围的应力分布时,一般将射孔孔道简化成沿径向最大水平主应力和最小水平主应力方向射孔,但将射孔孔道简化成沿径向应力射孔的研究却很少。本文将射孔孔道简化成沿径向应力射孔并分析射孔孔道周围的应力分布,利用Drucker-Prager强度准则,建立了相应的井底流压预测模型,同时利用油田现场数据对建立的模型进行了验证。结果显示,预测结果与真实值相接近,对工区防砂工作具有参考价值。     

基于库车山前构造带地应力的定量评价新方法研究

库车前陆盆地山前构造带为强挤压应力区,形成了各种复杂的推覆构造样式.本文利用稳定构造地区统计测井信息(电阻率、声波测井等)与最大地应力之间关系,建立并优化了估算地应力的定量数学统计模型,进而利用模型对库车山前地区地应力进行定量评价.计算结果表明稳定区的计算地应力与实验结果非常接近,山前地区计算地应力与实验结果相比较,误差水平较稳定区误差大,但仍具有较好的一致性,说明了模型的可靠性.     

波纹板加固对重载铁路既有涵洞性能的影响

针对近年来朔黄铁路随着运量和轴重的不断增加,既有涵洞结构的安全储备逐渐降低,涵洞各类病害逐步突显,部分涵洞不能满足重载铁路安全运营的要求,有必要进行加固强化。通过数值模拟的方法分析波纹板加固对涵洞性能的影响,分析表明:重载列车作用下波纹板的最大主应力为6.3 MPa,远小于Q345钢材的容许应力120 MPa,工作内力较小,安全系数较大;强化后涵洞跨中挠度为0.38mm,挠跨比1/18182,远小于规范中规定的钢筋混凝土的限值1/4000,能够满足要求。以朔黄线采取波纹板加固的工程实例为研究对象测试了加固前后涵洞的性能,研究表明,波纹板加固后涵洞强化效果明显,能满足重载列车的运行要求,进一步验证了数值模拟分析的结果。     

盲孔法测量中厚板机器人横焊接头的残余应力

正应用盲孔法对中厚板机器人横焊接头的残余应力进行测量。结果表明横向残余应力分布呈现为拉应力,且在焊缝区域附近应力值较大,焊趾位置应力值达到最大为235MPa,达到母材的屈服强度值;纵向残余应力分布呈现为拉应力,在焊缝中心区域达到最大值385MPa;远离焊缝中心位置时,应力值逐渐变小,但仍表现为拉应力。随着国家大力推广机器人技术,越来越多的焊接工作     

基于均匀化理论的复合材料残余应力优化设计

从小参数渐进展开和摄动方法的均匀化理论出发,给出复合材料求解残余应力的数学表达式.针对复合材料的残余应力提出了一个目标优化设计模型,以优化残余应力为目标,组分材料用量为约束,利用周长控制消除棋盘格,采用最大主应力理论和最大主应变理论作为复合材料强度失效准则,结合有限元方法和对偶凸规划求解技术,对二维微结构的残余应力轴向径向组合进行了优化设计.     

显德汪煤矿地应力测量及分布规律分析

显德汪煤矿进入二水平深部开采后地应力显著增大,矿压显现剧烈。通过应力解除法对该矿1291工作面进行地应力测量,确定了区域地应力的大小和方向,并分析了地应力分布规律和特点。测试结果为矿区内巷道设计、开拓、支护提供科学依据,为煤矿安全生产提供保障。     

基于CAE试验对标方法的汽车制动鼓研究

制动鼓是鼓式制动器的关键安全部件,为了提高制动鼓设计的精确性,本文基于Nastran软件的有限元方法和试验方法对制动鼓进行模态分析,其对标结果的误差在5%之内,验证了该CAE技术方法具有较高的可行性和可靠性。基于模态分析的有限元模型进行静强度分析和MSC.Fatigue疲劳寿命预测,分析结果表明其最大应力和最薄弱处均位于与轮毂刚性连接螺栓孔处,最大主应力为94.5MPa,最小寿命为3.986E+7,满足设计要求。该研究方法为类似产品的设计开发提供了一套系统的方法和参考。     

钻孔水压致裂法测地应力的探讨

水压致裂法测量地应力具有测量深度很大的优点,在地质工程中应用广泛,为解决传统水压致裂法的不足,一些学者提出了三维地应力测量理论,采用最小主应力破坏准则进行水压致裂法三维地应力测量,对地质条件比较复杂的地区可以用该方法进行测量,但水压致裂三维地应力测量方法还需改进和完善。传统的水压致裂法理论和三维地应力测量理论各有优缺点。     

砾石含量及破碎率对土力学特性的影响

土体中砾石的含量和高应力下破碎率的不同,对土体的力学特性和强度存在不同程度的影响。本文通过土体中不同粒径粒组的砾石进行了8 MPa、12 MPa、15 MPa竖向应力的侧限压缩试验和砾石含量为20%、40%、60%粗细粒混合土,分别在100 kPa、200 kPa、400kPa围压下进行三轴剪切(CD)试验,比较分析得到结论:(1)终止竖向应力越大,砾石破碎率增加。(2)粒径及级配对破碎影响显著。相同终止竖向应力下,粒径越大,破碎率越大;级配越良好,破碎率越小。(3)试样在CD条件下表现为低围压时主应力差(σ_1-σ_3)最大值随细粒含量减少而增大,60%试样增加明显;高围压时,体应变也明显增大,砾石含量越多应变硬化的特性明显,偏应力显著增加。(4)在CD试验条件下均为体缩,无剪胀发生,随着砾石含量的增加,体变逐渐减小。     

青藏高原东缘主要断裂带地应力监测——中国地质科学院地质力学研究所陈群策研究员成果展示

“青藏高原东缘主要断裂带地应力监测”是国家地质调查部门下达的国土资源大调查工作项目,隶属于计划项目“西南地区应力场综合研究”,由中国地质科学院地质力学研究所陈群策研究员主持完成。该项目在青藏高原东缘开展系统的地应力测量与监测,获得研究区重要构造部位现今地应力的赋存状态,构建青藏高原东缘地应力监测网络,对重点构造部位的地应力动态变化实施连续监测,从而获得这一重要构造地域地应力的时空分布规律：揭示主要活动断裂带与现今地应力之间的相互作用关系及其耦合机制,为深入研究青藏高原东缘现今构造活动提供地球动力学依据;从内动力的角度,深化对该地区主要活动断裂的地质灾害致灾机理的认识,为国家重大工程建设的防灾减灾提供服务。     

煤矿巷道围岩力学性能测定研究

本研究以东保卫煤矿为对象,利用实验方法对围岩力学性质进行测试和分析,获得了东保卫煤矿78层、41层和36层的顶底板按岩层层位的力学参数,为解决煤矿巷道围岩支护设计提供初始的基础参数。实验结果表明:粉砂岩岩石强度均值为49.93MPa;粗砂岩强度均值为61.72 MPa~74.8MPa;中砂岩岩石强度均值为43.67MPa。粗砂岩的岩样较多,粉砂岩与中砂岩强度接近,相比之下,粗砂岩强度较高。根据岩石的强度试验结果可以看出,东保卫煤矿巷道围岩的岩石强度性能较好,对巷道围岩的稳定十分有利。     

毫秒脉冲激光辐照碳纤维环氧树脂的温度场应力场数值分析

通过研究毫秒脉冲激光辐照碳纤维环氧树脂复合材料的温度场以及应力场的分布,本文采用COMSOL Multiphysics有限元软件,基于热传导和弹塑性力学理论,对毫秒脉冲激光辐照碳纤维环氧树脂复合材料进行了数值模拟,从而得到复合材料表面的瞬态温度场以及应力场的分布变化规律。结果表明:在毫秒脉冲激光辐照下,碳纤维环氧树脂复合材料辐照中心点的温度随着时间的增加先增加后下降,材料表面中心点的温度高于周围区域的温度;复合材料的中心点的应力值最大值为4×108N/m2,出现应力损伤,材料有明显的应力形变。     

山西北部M_L2.2级地震空段与中强地震关系研究

2014年7月5日以来山西北部M_L2.2级地震空段被2015年5月20日天镇M_L3.1级地震打破,随后在空段周边陆续发生三次震群事件,中小地震震源机制解结果显示空段受华北主应力场控制,空段震例回溯和震群活动显示未来晋冀蒙交界区域存在发生中强地震的危险。GPS基线显示晋冀蒙交界区域应力场受华北主应力场控制且NE向的右旋剪切和压性应变在持续增强。空段打破后中小地震差视应力值有上升-下降-恢复的应力积累过程。综合分析认为:晋冀蒙交界区应力场在增强,山西北部M_L2.2级地震空区打破,对未来该区域发生中强地震有指示意义。     

枣泉煤矿东井巷道围岩地应力测试研究

引起煤矿巷道围岩变形破坏的主要因素之一便是地应力,地应力的方向及大小很大程度上决定着巷道围岩的稳定性,也就影响了矿场开采在内的所有地下工程的施工质量.因此,必须加强对巷道围岩地应力的测试研究,为煤矿工程以及其他地下工程的安全可靠打好扎实的基础.目前最常用的地应力测试方法主要有水压致裂法、应力解除法以及应力恢复法,本文即是从水压致裂法对枣泉煤矿东井巷道围岩的地应力进行测试研究,并进行了相应的分析计算,以期对煤矿巷道围岩地应力测试有一个更好的认识和了解.     

某型燃机动力涡轮机匣应力数值模拟分析

为研究某型燃气轮机驱动压缩机组动力涡轮机匣是否满足强度储备要求,基于局部分析思想,考虑温度载荷和气动载荷等特征因素,建立了动力涡轮的有限元热-固耦合模型,分析了动力涡轮机匣的变形、应力分布情况。研究结果表明:动力涡轮机匣最大应力379.6MPa,满足设计强度储备要求;而温度是影响动力涡轮机匣形变与应力的主要因素。     

水平互层岩体隧道稳定性数值分析

为了研究水平软硬互层岩体隧道开挖后围岩稳定性与层厚之间的关系,采用有限差分法软件FLAC2D对不同层厚条件下水平软硬互层岩体隧道开挖进行了数值模拟,分析了水平软硬互层岩体隧道开挖后围岩的变形规律和应力变化特征。结果表明:当开挖跨度相同时,随着层厚的增加,隧道围岩塑性区、隧道顶板下沉量和最大主应力均出现逐渐减小的趋势。     

2500型压裂泵曲轴应力有限元分析及优化

本文通过对CDJY2500型五缸压裂泵的曲轴所受应力进行有限元分析,研究了实际工况下曲轴的应力动态分布情况,并建立了曲轴的有限元模型。通过分析影响曲轴最大应力的因素,得出曲轴轴颈处圆角的r、h、d与其最大应力直接相关,通过优化分析得出当d=194mm,h=3.5mm,r=6.5mm时,曲轴最大应力为163.72MPa。相对于普通圆角结构曲轴的最大应力下降了19%,优化效果比较显著。通过分析和优化,使曲轴自身的应力分布上更加的合理,从而为合理设计曲轴提供依据,为油田研发高效泵提供了理论参考和技术支持。