基于扩展有限元分析的页岩水力压裂裂缝扩展规律探究          下载免费PDF全文

温继伟  项天  朱茂  胡萍  毛建设  荆羽慧 《探矿工程》2022,49(5):177-188

水力压裂是开采地下页岩气资源的有效技术手段,探究页岩水力压裂裂缝的扩展规律,可为页岩气的高效开采提供科学的指导依据。通过运用大型有限元软件ABAQUS中的扩展有限元模块,针对不同地应力差工况条件下均质页岩中初始裂缝的位置、方位角、数量和含层理页岩中层理的构造方向、内部倾角、岩性对水力裂缝扩展的影响进行探究。结果表明：对于垂向扩展的水力裂缝,水平主应力增大使裂缝更不易扩展,裂缝扩展长度减小、起裂压力增大;在注液体积流量相同时,向初始裂缝两端同时起裂所形成的水力裂缝长度大于仅向一侧起裂;当初始裂缝处于页岩中部且呈45°方向时,裂缝会向最大水平主应力方向偏转,且偏转程度随最大水平主应力的增大而增大;分时多簇压裂时,裂缝间的扩展会相互干扰,且会较大地影响裂缝扩展的形态和起裂压力,但对裂缝注液点裂缝宽度的影响较小;对于含水平和竖直构造层理的页岩,改变层理内部倾角,水力裂缝会出现不同程度偏转,且其偏转程度随着层理内部倾角的增大而减小;对于含45°方向构造层理的页岩,水力裂缝在层理分别为砂岩、煤岩和泥岩中的偏转程度依次增大,且裂缝偏移比随着最大水平主应力的增大而增大。  相似文献   

基于单三轴试验与直剪试验的层状软岩模拟     

潘文韬  杨文波  吴枋胤  何川  赵亮亮  姚人杰  傅舰锋 《岩土力学》2022,43(12):3437-3452

为探究模型试验中层状软岩模拟方法,依托九绵高速层状软岩隧道现场取样的室内试验结果,多次试验确定重晶石粉、石英砂、石膏粉、滑石粉和水的最优配比以模拟软岩基体,采用带孔薄膜模拟层理弱面的黏结作用,并通过直剪试验确定孔隙率,最后对不同层理角度与层理厚度的试样开展直剪与单、三轴试验以反映各向异性情况。结果表明：软岩基体模拟最优配比为0.55:0.15:0.07:0.06:0.17,重晶石粉对强度及破坏变形起决定作用,含量过低易压溃,含量过高产生上下贯通裂缝;采用30%孔洞率的薄膜模拟层理效果最佳;土样强度随层角呈U形变化,层厚减小（不小于2 cm）,强度减小。直剪试验中,45º层理剪切面朝层理方向倾斜,90º层理导致剪切面上下产生裂缝与碎裂,单三轴结果中,0º层理会产生小角度倾斜裂缝,45º层理产生垂直层理面的斜裂缝及二次破裂,90º层理产生顺层理的竖向劈裂;与现场结果对照后确定最优层厚为 3 cm,对层角与层厚的直剪与单三轴试验结果整体一致,揭示土样孔隙压密闭合−弹性−塑性胀裂破坏−徐变的过程。  相似文献   

肥城矿区煤系中的顺层断层   总被引：8，自引：4，他引：4  

魏久传  吕祥佑 《煤田地质与勘探》1992,20(6):8-11

肥城矿区煤矿生产中揭露了许多顺层断层,过去未被人们认识。笔者根据井下揭露资料,论述了顺层断层的特征及形成机制,并探讨了矿井生产中顺层断层的预测和处理方法。   相似文献   

基于非确定性分析法的顺层边坡抗震性研究          下载免费PDF全文

周进  乔明叶 《地震工程学报》2019,41(4):925-930

顺层岩质边坡的抗震性指标大部分都是非确定的,无法用固定阈值衡量。提出基于非确定性分析法的顺层边坡抗震性性能研究,将顺层岩质边坡看作若干个叠加的薄板;运用非确定性分析法计算各个薄板的动力安全系数和动力极限状态方程,并对顺层边坡动力极限状态方程进行求解,可得在地震作用力下顺层边坡动力可靠度指标与顺层边坡失效概率之间的关系;评估地震作用力下顺层边坡整体稳定性,同时综合考量顺岩边坡的最小平均安全系数以及平均失效概率,得出评估结果。实验结果显示,在地震作用力下,顺层边坡坡高、坡角、岩层倾角对顺岩边坡抗震性能影响显著,评估结果与实际结果一致。  相似文献   

地震作用下预应力锚索加固顺层岩坡极限分析     

严敏嘉  夏元友  刘婷婷 《岩土力学》2018,39(7):2691-2698

针对地震作用下预应力锚索加固顺层岩坡典型模型,提出了一种地震作用下预应力锚索加固顺层岩坡的极限分析改进方法,该方法考虑了边坡极限状态时锚索的受力变化。基于岩体刚性假设并考虑滑移过程锚索受力变化,结合极限平衡法推导出边坡加固预应力锚索的受力变化公式;地震作用仅考虑地震波传播至滑动面时产生的透射波对边坡稳定性的影响,从功率的角度出发,结合极限分析上限法与强度折减法,考虑预应力锚索受力变化,推导出地震作用下预应力锚索加固顺层岩坡的动安全系数计算理论公式;结合算例,采用考虑与不考虑滑移过程锚索受力变化两种计算方法,分析了在不同入射波波幅、入射角度及滑动面黏聚力、内摩擦角条件下两种方法计算结果的差异。算例结果表明：考虑与不考虑滑移过程锚索受力变化计算方法,计算得出的动安全系数变化规律一致,但考虑滑移过程锚索受力变化的改进计算方法得出的动安全系数动态变化幅度明显更小,反映了锚索的抗震作用效果,可为地震作用下该类型岩坡的预应力锚索加固设计分析提供参考。  相似文献   

煤岩水力压裂裂缝扩展形态试验研究     

姜婷婷  张建华  黄刚 《岩土力学》2018,39(10):3677-3684

通过室内水力压裂物理模拟试验系统,对大尺寸原煤进行了水力压裂模拟试验,根据水力裂缝的空间展布形态分析了煤岩储层水力裂缝的延伸规律,揭示了网状裂缝的形成机制。结果表明：水力裂缝易在弱层理处分叉和转向,发育的层理和裂缝系统等结构面为压裂形成裂缝网络提供了前提条件。泵压曲线呈现出的频繁波动是煤岩内产生网状裂缝的一个显著特征。水力裂缝的起裂与延伸有4种基本模式,裂缝网络的形成多为这4种基本模式的组合。地应力差异系数和泵注排量对煤层水力裂缝形态有较大影响。较小的地应力差异系数更利于网状裂缝的形成;较高的压裂液排量易形成相对简单的裂缝形态,导致压裂改造效果较差。该试验方法和试验结果可为现场水力压裂参数设计和优化提供参考和依据。  相似文献   

顺层岩质边坡预应力锚索抗震加固机制研究     

王秒  李海波  刘亚群  张伟  黄晓程 《岩土力学》2013,34(12):3555-3560

将顺层岩质边坡的层面考虑为弱面,将其等效为等间距共线多节理的力学模型。预应力锚索加固边坡的锚固模型等效为平面有限宽度岩体节理问题。并将初始应力和地震荷载引起的附加动应力视为远场作用,锚固边坡的受力问题视为远场作用效果和节理面集中力作用效果的叠加。根据叠加原理计算地震荷载作用下裂纹端部应力强度因子,发现位于裂纹端部的预应力锚索能大幅度降低I型裂纹的应力强度因子。以应力强度因子作为岩体的压剪破坏判据解释顺层岩质边坡预应力锚索的抗震加固机制,能很好地解释汶川地震边坡破坏特点。  相似文献   

煤矿矿震定位中异向波速模型的构建与求解   总被引：5，自引：2，他引：3       下载免费PDF全文

巩思园  窦林名  马小平  牟宗龙  贺虎  何江 《地球物理学报》2012,55(5):1757-1763

针对煤矿上覆岩层层状赋存和离层带的特点,构建矿井尺度的微震监测系统异向波速模型,模型中波速向量由地面探头速度与井下探头速度组成.研究了在只有强矿震信号和混有爆破信号两种条件下,以到时残差最小为目标和震源定位误差最小为目标的两种求解模型,模型求解选用具有全局寻优特性的遗传算法与CMEAS算法结合的混合算法.现场实际应用得出,只使用爆破信号的到时残差法最优,混有强矿震信号的到时残差法其次;与爆破信号定位所用的统一简化波速模型相比,震源定位误差大幅度降低.在此基础上进一步减低定位误差,还需从微震台网的优化布设方面解决.  相似文献   

页岩各向异性特征的试验研究   总被引：9，自引：0，他引：9  

衡帅  杨春和  张保平  郭印同  王磊  魏元龙 《岩土力学》2015,36(3):609-616

为研究彭水页岩气区块储层的各向异性特征,开展了石柱县龙马溪组页岩的单轴和三轴压缩试验,分析了其力学特性、强度特征和破裂模式的各向异性,并揭示了其破坏机制的各向异性。结果表明：(1) 龙马溪组页岩具有明显的各向异性特征,弹性模量在平行层理方向最大,垂直层理方向最小,且围压的增加使其增加速率不断减小;0°、30°和60°、90°页岩的泊松比随围压的增加呈现出了相反的变化规律,这可能与页岩层理间孔隙和微裂缝的良好发育有关。(2) 相同围压下,0°试样强度最高,90°次之,30°最低,总体上呈现出两边高、中间低的U型变化规律,而不同角度的Hoek-Brown强度准则能较好地反映其强度的各向异性特征。(3) 页岩破裂模式的各向异性是由破坏机制的各向异性引起的,而强度的各向异性是由破坏机制的各向异性控制的。单轴压缩时,0°页岩为沿层理的张拉劈裂破坏,30°为沿层理的剪切滑移破坏,60°为贯穿层理和沿层理的复合剪切破坏,90°为贯穿层理的张拉破坏。三轴压缩时,0°为贯穿层理的共轭剪切破坏,30°为沿层理的剪切滑移破坏,60°和90°为贯穿层理的剪切破坏;页岩地层的层状沉积结构和层理间的弱胶结作用是破坏机制各向异性的根源。研究结果为水平井井壁的稳定性分析和水力压裂施工设计等提供了技术参考。  相似文献   

阿尔金山东段大平沟地区褶皱构造的特征及其成因     

陈柏林  曹富根  赵树铭  李传班  赵恒乐  李佳  陈正乐  任燕  李艳  刘崴国  李建军  黄家涛  杨屹  崔玲玲 《地质通报》2011,30(12):1934-1940

大平沟地区位于北东向阿尔金走滑断裂北侧与东西向阿尔金北缘断裂所夹持的区域。区内出露卓阿布拉克组火山-沉积岩系,其中以灰黑色粉砂质泥岩为代表的沉积岩系出露宽度3～5km,是相邻20km的东侧喀腊大湾地区出露厚度（约1km）的3～5倍。通过野外详细的地质调查,特别是运用小褶皱分析方法、褶皱层理与轴面劈（片）理关系判别分析方法,首次对阿尔金山东段大平沟地区的卓阿布拉克组火山-沉积岩系中的沉积岩夹层沿剖面开展追索研究,恢复了大平沟地区褶皱构造的轮廓,并对其成因进行初步探讨。认为南侧喀腊达坂-阿克达坂断裂以南的元古宇碳酸盐岩系较强硬的岩层、北侧阿尔金北缘断裂以北的太古宇结晶基底的刚性岩块、以灰黑色粉砂质泥岩为代表的细碎屑岩的柔性特点、冰沟岩体隆升造成其东侧盖层向东收缩是基础,而北北东向区域挤压构造应力场作用下北东东向卓阿布拉克断裂的左行走滑造成的卓阿布拉克组沉积岩系西端的侧向挤压是褶皱形成的直接原因。  相似文献