水压致裂法的应用成果

学号提交日期：1127是建立在弹性力学平面应变理论的基础之上的,用于测量地质条件简朴的状况下的二维地应力,但是传统水压致裂法的由于存在许多局限性,因此再次🎧现了提🎧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。 传统水压致裂法三维地应力测量理论最小主应力水压致裂法是测量[1-3]地壳深层岩体地应力状态的一种有效办法,对地应测量的测试原理基于三个基本假设:(1)体岩石为多孔介质时,流体在孔隙内的流动符合达西定律;()主应力方向中有一种应力方向与钻孔的轴向平行。向封闭的钻孔内注入高压水,当压力达成最大Pf减少速度变慢,其临界值为瞬时关闭压力Ps,完全卸压后再重新注液,得到裂隙的重张压力Pr以及瞬时关闭压力Ps,最后通过由仪器统计裂缝的方向。传统的水压致裂法[4-8大,由压应力转变为张应力状态,再由张应力逐步增大达成围岩抗拉强度T,井壁四的纵向破裂缝。这时压裂段的液压就达成Pw破裂压力Pf。33论模型能够客观地反映水压致裂过程中诱发破裂产生的力学机制[9理论,当钻孔内承受液体压力时,孔壁上某一点(钻孔极系坐标系下极角为θPf(即破裂压力),θ统计了破裂方位。采用最小主应力破坏准则进行水压致裂三]]三维地应力测量办法、在单钻孔中水压致裂法[15的三维地应力测量办法已经实φ76mm、φ95mm0.5～1.0m；2.印模栓塞，用于拟定裂隙方向；3.压力泵及压力控制系统(控制阀、压力表、流量计)。具体如图2所示。图1水压致裂办法原理图（a）横截面；（b）鸟瞰 图2水压致裂实验设备]的钻孔；2.选择岩芯完整无宏观节理的孔段作为实验的封堵段，然后将封堵塞送入孔中，通入压力水使封堵器橡胶栓膨胀；3.经高压水管向封堵段注入压力水，直至使岩体发生破裂为止；此时的注水压力称为临界破坏压力Pb，岩体破保持某一稳定状态。此压力称为关闭压力Ps；5.放水卸压，裂隙完全闭合，泵Pr；6.重复2至5步完毕2～3压裂循环，方便获得合理的压裂参数及对的地判断岩石破裂及裂隙延伸过程；7.解除封孔，用印模栓塞统计破裂裂隙的方向。]设有矩形薄板，在离开边界较远处有半径为a的小圆孔，在左右两边受均布所得理论成果如图4所示。图3圆孔应力集中计算简 图4井周应力分布简ab如图中虚线所示。由应力集中的局部性可见，在大圆周处，例如在A点，应力

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远不不大于a，近似的取a/b=0， q a2

q a2

用半逆法求解第二部分所引发的应力如公式9，由边界条件和

（10σ

2

σ2

1

ρ

ρ2,

Φ

(ρ)cos

带入相容方程（9）得 1

2

2

2 2d4f

2d3f 9d2f

9df

]

d

d d

d删去cos2φ，求解得（11）：从而应力函数（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 将解带入（14）并与（6）式相叠加可得齐尔西解答（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压力q1，并在上下两边受有均布压力q22下图所示。能够用单向拉伸得🎧应力分量，首先命单向解答的q等于q1，然后命q等于q，而将φ用90oφ替代，最后将两个成果相叠加；亦可应用图示叠加原理如图5所示，这样就可得到：25井壁岩石应力状态图q q σρ 2 ) 2 )(1 )cos2q

q

2 2(1 )cos q τρφ 12

)(1 )sin 钻孔周边的应力，即当ρa时，令q1σHq2σhBBA6

—岩体抗拉强度，pw—

孔壁破裂后，保持裂隙张开的平衡压力

岩最小应力即，σ2psp若岩石已破坏，相称于σt0，使裂隙重新张开的压 prpr3σ2σ1p0，可得主应力σ13psprp0可测深部岩体抗拉强度σtpb

，封堵段的原岩应力的垂直分量σv

PP

HStPb

H

t其中，地层破裂压力（pb）：地层破裂产生流体漏失时的井底压力；裂缝延伸压力（pr）：（ps）：使一种存在的裂缝保持张开时的最小井底压力，它等于作用在岩体上7壁应力状态和图11.30典型的水压致裂实验曲线[22-23]。图7压裂过程孔壁状态和压力－时间曲 图8典型的水压致裂实验曲测深已达5000m以上，只需用普通钻探办法打钻孔，用双止水装置密封，用液张英华,倪文,尹根成,宋建国.穿层孔水压爆破法提高煤层透气性的研[J].煤炭学陈治喜,陈勉,金衍,黄荣博.水压致裂法测定岩石的断裂韧性[J].岩石力学与工程学陈清运,蔡嗣经,明世祥,赵飞.聚类分级和BP应用[J].化工矿产地质,,26(2):112-116.于波,蔡美峰,乔兰.灰色建模理论在峨口铁矿地应力分布规律研究中的应用[J].岩石力学与工程学报):12-127.蔡美峰,于波,乔兰,陈桂忠.峨口铁矿地应力测量原理和成果分析[J].北京科技大学学陈桂忠,蔡美峰,于波,张瑞明.对水压致裂地应力测量资料的解释[J].中国矿刘允芳.水压致裂法地应力测量的校核和修正[J].岩石力学与工程学[J].刘允芳.刘元坤.水压致裂法三维地应力测量办法的研究[J].地壳形变与地陈群策,李方全,毛吉震.水压致裂法三维地应力测量的实用性研究[J].地质力学学陈群策,安美建,李方全.水压致