水壓致裂法的應(yīng)用成果

學(xué)號提交日期：1127是建立在彈性力學(xué)平面應(yīng)變理論的基礎(chǔ)之上的,用于測量地質(zhì)條件簡樸的狀況下的二維地應(yīng)力,但是傳統(tǒng)水壓致裂法的由于存在許多局限性,因此再次??現(xiàn)了提??了三維地應(yīng)力測量理論,采用最小主應(yīng)力破壞準(zhǔn)則進(jìn)行水壓致裂法三維地應(yīng)力測傳統(tǒng)的水壓致裂法理論和三維地應(yīng)力測量理論各有優(yōu)缺點。 傳統(tǒng)水壓致裂法三維地應(yīng)力測量理論最小主應(yīng)力水壓致裂法是測量[1-3]地殼深層巖體地應(yīng)力狀態(tài)的一種有效辦法,對地應(yīng)測量的測試原理基于三個基本假設(shè):(1)體巖石為多孔介質(zhì)時,流體在孔隙內(nèi)的流動符合達(dá)西定律;()主應(yīng)力方向中有一種應(yīng)力方向與鉆孔的軸向平行。向封閉的鉆孔內(nèi)注入高壓水,當(dāng)壓力達(dá)成最大Pf減少速度變慢,其臨界值為瞬時關(guān)閉壓力Ps,完全卸壓后再重新注液,得到裂隙的重張壓力Pr以及瞬時關(guān)閉壓力Ps,最后通過由儀器統(tǒng)計裂縫的方向。傳統(tǒng)的水壓致裂法[4-8大,由壓應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閺垜?yīng)力狀態(tài),再由張應(yīng)力逐步增大達(dá)成圍巖抗拉強度T,井壁四的縱向破裂縫。這時壓裂段的液壓就達(dá)成Pw破裂壓力Pf。33論模型能夠客觀地反映水壓致裂過程中誘發(fā)破裂產(chǎn)生的力學(xué)機(jī)制[9理論,當(dāng)鉆孔內(nèi)承受液體壓力時,孔壁上某一點(鉆孔極系坐標(biāo)系下極角為θPf(即破裂壓力),θ統(tǒng)計了破裂方位。采用最小主應(yīng)力破壞準(zhǔn)則進(jìn)行水壓致裂三]]三維地應(yīng)力測量辦法、在單鉆孔中水壓致裂法[15的三維地應(yīng)力測量辦法已經(jīng)實φ76mm、φ95mm0.5～1.0m；2.印模栓塞，用于擬定裂隙方向；3.壓力泵及壓力控制系統(tǒng)(控制閥、壓力表、流量計)。具體如圖2所示。圖1水壓致裂辦法原理圖（a）橫截面；（b）鳥瞰 圖2水壓致裂實驗設(shè)備]的鉆孔；2.選擇巖芯完整無宏觀節(jié)理的孔段作為實驗的封堵段，然后將封堵塞送入孔中，通入壓力水使封堵器橡膠栓膨脹；3.經(jīng)高壓水管向封堵段注入壓力水，直至使巖體發(fā)生破裂為止；此時的注水壓力稱為臨界破壞壓力Pb，巖體破保持某一穩(wěn)定狀態(tài)。此壓力稱為關(guān)閉壓力Ps；5.放水卸壓，裂隙完全閉合，泵Pr；6.重復(fù)2至5步完畢2～3壓裂循環(huán)，方便獲得合理的壓裂參數(shù)及對的地判斷巖石破裂及裂隙延伸過程；7.解除封孔，用印模栓塞統(tǒng)計破裂裂隙的方向。]設(shè)有矩形薄板，在離開邊界較遠(yuǎn)處有半徑為a的小圓孔，在左右兩邊受均布所得理論成果如圖4所示。圖3圓孔應(yīng)力集中計算簡 圖4井周應(yīng)力分布簡ab如圖中虛線所示。由應(yīng)力集中的局部性可見，在大圓周處，例如在A點，應(yīng)力

q, y

（3 σρσcos2φσsin2φ2τ

q q

cos

4522 ]（6

2ρ212ρ2σρ

a1a

1令其中的qq

1 σρ

2aq1a a2

,

2aq1a a2

,

1 1b遠(yuǎn)不不大于a，近似的取a/b=0， q a2

q a2

用半逆法求解第二部分所引發(fā)的應(yīng)力如公式9，由邊界條件和

（10σ

2

σ2

1

ρ

ρ2,

Φ

(ρ)cos

帶入相容方程（9）得 1

2

2

2 2d4f

2d3f 9d2f

9df

]

d

d d

d刪去cos2φ，求解得（11）：從而應(yīng)力函數(shù)（12，f(ρ)Aρ4Bρ2CAρ4Bρ2CDcos

ρ2 （13（14，σ1

2

σ

6D

2B

4cos

ρ 6D

（11-39）σφ

cos

τ

1

6D

xyφ0

4sin ρ 31415，

2B4C6D b4 6Ab22B2C6Dq b4 2

6D 2B 4 6Aa22B2C6D a4 求解??A、B、C、D，命a/b=0，A0,B

q,C1qa2,Dqa 將解帶入（14）并與（6）式相疊加可得齊爾西解答（17， σρ2(1ρ2)2(1ρ2)(13ρ2)cos a2

ρ2

2(13ρ4)cos τρφ2(1ρ2)(13ρ2)sin 如果矩形薄板在左右受有均布壓力q1，并在上下兩邊受有均布壓力q22下圖所示。能夠用單向拉伸得??應(yīng)力分量，首先命單向解答的q等于q1，然后命q等于q，而將φ用90oφ替代，最后將兩個成果相疊加；亦可應(yīng)用圖示疊加原理如圖5所示，這樣就可得到：25井壁巖石應(yīng)力狀態(tài)圖q q σρ 2 ) 2 )(1 )cos2q

q

2 2(1 )cos q τρφ 12

)(1 )sin 鉆孔周邊的應(yīng)力，即當(dāng)ρa時，令q1σHq2σhBBA6

—巖體抗拉強度，pw—

孔壁破裂后，保持裂隙張開的平衡壓力

巖最小應(yīng)力即，σ2psp若巖石已破壞，相稱于σt0，使裂隙重新張開的壓 prpr3σ2σ1p0，可得主應(yīng)力σ13psprp0可測深部巖體抗拉強度σtpb

，封堵段的原巖應(yīng)力的垂直分量σv

PP

HStPb

H

t其中，地層破裂壓力（pb）：地層破裂產(chǎn)生流體漏失時的井底壓力；裂縫延伸壓力（pr）：（ps）：使一種存在的裂縫保持張開時的最小井底壓力，它等于作用在巖體上7壁應(yīng)力狀態(tài)和圖11.30典型的水壓致裂實驗曲線[22-23]。圖7壓裂過程孔壁狀態(tài)和壓力－時間曲 圖8典型的水壓致裂實驗曲測深已達(dá)5000m以上，只需用普通鉆探辦法打鉆孔，用雙止水裝置密封，用液張英華,倪文,尹根成,宋建國.穿層孔水壓爆破法提高煤層透氣性的研[J].煤炭學(xué)陳治喜,陳勉,金衍,黃榮博.水壓致裂法測定巖石的斷裂韌性[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)陳清運,蔡嗣經(jīng),明世祥,趙飛.聚類分級和BP應(yīng)用[J].化工礦產(chǎn)地質(zhì),,26(2):112-116.于波,蔡美峰,喬蘭.灰色建模理論在峨口鐵礦地應(yīng)力分布規(guī)律研究中的應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報):12-127.蔡美峰,于波,喬蘭,陳桂忠.峨口鐵礦地應(yīng)力測量原理和成果分析[J].北京科技大學(xué)學(xué)陳桂忠,蔡美峰,于波,張瑞明.對水壓致裂地應(yīng)力測量資料的解釋[J].中國礦劉允芳.水壓致裂法地應(yīng)力測量的校核和修正[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)[J].劉允芳.劉元坤.水壓致裂法三維地應(yīng)力測量辦法的研究[J].地殼形變與地陳群策,李方全,毛吉震.水壓致裂法三維地應(yīng)力測量的實用性研究[J].地質(zhì)力學(xué)學(xué)陳群策,安美建,李方全.水壓致