渗流作用下井筒周围岩石内弹塑性应力分布规律及井壁稳定条件
井筒问题的耦合渗流及应力分析
井筒问题的耦合渗流及应力分析摘要:如果不考虑岩石变形和流体扩散的耦合作用,孔隙介质油藏的常规渗流模型对流体的扩散解释是合理和准确的。
随着油藏越来越多的开采,流固耦合作用对流体扩散的影响是越来越显著,因此必须用多孔弹性理论来研究井筒问题的耦合渗流及应力。
本文推导了流固耦合作用下的孔隙压力、裂缝压力以及井壁围岩应力在Laplace空间的解析表达式,给出了一个模拟实例。
关键词:孔隙介质裂缝性油藏流固耦合Laplace变换1 引言多孔弹性理论[1～2]是用于处理饱含粘性液体的多孔介质弹性变形和孔隙流体渗流耦合问题。
它可以认为是多孔介质经典弹性理论的推广,也可以认为多孔介质经典渗流理论的推广。
孔隙中流体的存在改变了岩石的力学反应,孔隙流体扩散会导致岩石的体积变化或岩石应力状态的变化;反之岩石的应力作用也会制约或促进孔隙中流体扩散。
这种扩散-变形的耦合作用使岩石的反应具有了时间效应。
目前它不仅用于土力学中,而且广泛用于采矿工程、环境工程及石油工程。
2 孔隙-裂隙型双重孔隙介质流固耦合计算的耦合方程由于裂缝性油藏的复杂性,即使用双重孔隙物理模型来处理,我们也必须对其作出一些合理但有必要的假设。
对于双重孔隙介质,假设条件为:双重孔隙介质具有特征单元性质;孔隙和裂缝都是相互连通的且充满各自的空隙空间;岩石骨架是线弹性小变形材料;主生孔隙介质和次生孔隙介质中流体流速比较小,基本认为满足达西定律;主生孔隙介质和次生孔隙介质中孔隙和裂缝流体的压力、孔隙度及渗透率均不相同;主生孔隙和次生裂缝之间的流体渗流是拟稳态,用窜流函数描述;孔隙和裂缝中流体是单相;忽略流体重力和惯性力。
除了以上的假设,我们还规定孔隙流体压力和裂缝流体压力受压为正;岩石骨架受拉为正。
依据双重孔隙介质的有效应力定律、达西定律、流体-固体的质量守恒定律、本构方程、平衡方恒以及几何方程,经过数学运算可得到最终的双重孔隙介质流固耦合的微分方程,则相应的本构方程分别如下[3～5]:由第2本分求得耦合渗流下的孔隙压力,和耦合应力的解析或半解析解,借助Stehfest 拉普拉斯数值逆求解方法在VC++语言下编制了计算程序,模拟了各种模式下的压力和应力分布,分别如图1、图2所示。
第八章-井壁稳定
a r2 2P w 1 2 H h 1 a r2 2 1 2 H h 1 3 r a 4 4 c2 os
1 2 1 1 2 1a r2 2 f P wP p
z v 2 H h a r 2 c2 o s 1 2 1 1 2 f P w P p
打开井眼后，井内的岩石被取走，井壁岩石失去了原有的支持，取而代之的 是泥浆静液压力，在这种新条件下，井眼应力将产生重新分布，使井壁附近 产生很高的应力集中，如果岩石强度不够大，就会出现井壁不稳定现象。
井壁失稳问题的工程分类：
缩径(out of gauge holes )： 井眼压力较小，井壁岩石发生延性流动；
这些事故的发生会严重拖延了钻井周期，明显增加钻井成本， 并给后续工作带来不利影响。严重时可使部分井眼报废甚至使整个 井眼报废。
二、井壁不稳定的原因及其研究方法
1、井壁不稳定的原因 如果井眼内的泥浆密度过低，井壁应力将超过岩石的抗剪强度 (shear strength )而产生剪切破坏（shear failure,表现为井眼坍塌 扩径或屈服缩径），此时的临界井眼压力定义为坍塌压力(collapse pressure)； 如果泥浆密度过高，井壁上将产生拉伸应力，当拉伸应力 (tensile stress )大于岩石的抗拉强度(tensile strength )时，将 产生拉伸破坏（ tensile failure,表现为井漏），此时的临界井眼压 力定义为破裂压力(fracture pressure )。 因此，在工程实际中，可以通过调整泥浆密度，来改变井眼附近 的应力状态(stress state )，达到稳定井眼的目的。
对于直井、均匀水平原地应力、不考虑流体渗滤和孔隙压力的情 况，井壁围岩的应力状态：
岩石力学与井壁稳定
•剪切破碎带，使得泥浆更易渗入井壁
•r
•泥浆密度过大 ：地层剪切破坏 产生大量径向微 裂缝形成剪切破 碎带（造成泥浆 的大量侵入使井 壁失稳）
•
•安全泥浆密度的计算方法
•地应力
•给定的泥浆密度
•井周应力应变
•本构模型
•提高泥浆密度
•失稳
•破坏准则 •稳定
•结束
以孔隙弹塑性力学为基础的均质地层井壁稳定性分析理 论和计算方法基本成熟
•胶结连结：矿物颗粒通过胶结物连结在一起
－碎屑岩
•
•1、岩石的组构特征
3）岩石的构造
•岩石的构造：岩石的构造是指岩石组成成分在
空间上相互排列及所占的位置。
•岩浆岩的构造：块状构造、流纹状构造、气孔
状构造、杏仁状构造
岩石的组构特征给出岩石力学的定性 •沉性积质岩，的从构而造保：障层理我构们造的研究不出现方 •变向质性岩的的错构误造：片理构造
•
3、岩石的变形破坏规律
岩石的变形和应力受时间因素的影响。在外部条件 不变的情况下，岩石的应力或应变随时间变化的现 象叫流变。
•岩石变形规律的研究就是要建立应力-应变 关系，为求解应力状态提供基础
•
3、岩石的变形破坏规律
•岩石试样的破坏形式
•
劈裂破坏
•
剪切破坏
•
延性破坏
•岩石破坏规律的研究就是要建立应力作用 下岩石是否稳定的标准
2）岩石的结构
•微结构面：存在于矿物颗粒内部或矿物颗粒间
的软弱面或缺陷，包括矿物解理、晶格缺陷、粒 间空隙、微裂隙、微层理及片理面、片麻理面等
•① 降低岩石强度 •② 导致岩石力学性质各向异性
•
•1、岩石的组构特征
渗流路径分析及稳定性评价
渗流路径分析及稳定性评价Ⅰ. 渗流路径分析渗流路径分析是一种利用地质信息和水文数据来研究地下水流动和路径的方法。
通过分析地下岩层及构造特征、土壤类型和含水层的性质，可以确定地下水的运动路径和渗流方向，以揭示地下水的流动规律和地下水资源的分布情况。
1. 地下岩层和构造特征分析在渗流路径分析中，首先需要对地下的岩层和构造特征进行详细的分析。
通过野外地质调查和岩心钻孔技术，可以确定不同岩层的厚度、渗透性和含水性质等参数。
同时，还需要考虑构造特征对地下水的影响，如断裂带、断层带和褶皱带等，这些构造特征会影响地下水运动的路径和速度。
2. 土壤类型和含水层分析土壤类型和含水层的性质对渗流路径分析也具有重要的影响。
通过采集土壤剖面样品并进行实验室测试，可以确定土壤的质地、渗透系数和水分保持能力等参数。
同时，含水层的性质也需要进行详细的分析，如地下水位、渗透性和孔隙度等，并绘制地下水分布图，以确定地下水流动的路径。
3. 数值模拟和地下水动力学分析利用各种地下水数值模拟软件，可以对地下水流动进行模拟和预测。
通过建立地下水流动的数学模型，结合地质数据和水文数据，对渗流路径进行分析和评价。
同时，还可以利用地下水动力学原理，分析地下水流动的速度和流量，以确定渗流路径的稳定性。
Ⅱ. 渗流路径稳定性评价渗流路径的稳定性评价是对地下水渗流路径进行评估和优化的过程。
通过分析渗流路径的稳定性，可以确定渗流路径是否存在渗漏风险、地下水污染的潜在风险和地下工程建设的风险。
1. 渗漏风险评估渗漏风险是指地下水径流过程中可能发生的渗漏和漏失现象。
评估渗漏风险需要考虑地下岩层和土壤类型、地下水位和流量、渗透性和孔隙率等因素。
根据渗漏风险评估结果，可以采取相应的措施，如加强渗漏屏障、改善地下防渗设施等，以提高渗流路径的稳定性。
2. 地下水污染风险评估地下水污染风险评估是对地下水渗流路径上潜在的污染源和污染物进行评估和分析的过程。
通过考虑地下水渗透性、污染物扩散速度和污染源的距离等因素，可以评估地下水污染的潜在风险，并制定相应的防控措施，以保护地下水资源的安全性。
露天煤矿含断层顺倾边坡渗流与稳定性分析
露天煤矿含断层顺倾边坡渗流与稳定性分析一、研究背景和意义随着全球经济的快速发展，能源需求不断增长，煤炭作为主要能源来源之一，其在能源结构中的地位日益重要。
煤炭开采过程中产生的环境问题也日益凸显，其中露天煤矿的开采对生态环境造成的影响尤为严重。
露天煤矿作为一种非传统的采矿方式，其开采过程中的边坡稳定性问题尤为关键。
由于地质条件的变化和开采条件的限制，露天煤矿含断层顺倾边坡的渗流与稳定性问题越来越受到关注。
露天煤矿顺倾边坡的渗流与稳定性问题涉及到地质、工程、环境等多个领域，对于保障矿山安全生产、保护生态环境具有重要意义。
顺倾边坡的渗流与稳定性问题直接影响到矿山的生产效率和经济效益。
边坡失稳可能导致矿井生产中断，甚至引发严重的安全事故，给企业带来巨大的经济损失。
顺倾边坡的渗流与稳定性问题对周边生态环境产生影响，边坡失稳可能导致土壤侵蚀、水土流失等环境问题，破坏生态平衡，影响人民生活质量。
研究露天煤矿含断层顺倾边坡的渗流与稳定性问题，对于提高矿山安全生产水平、促进绿色发展具有重要的理论和实践价值。
1.1 研究背景随着煤炭资源的日益减少，露天煤矿作为一种重要的煤炭开采方式，在我国得到了广泛的应用。
露天煤矿在开采过程中往往伴随着地质条件的复杂性，如断层、顺倾边坡等。
这些地质条件对露天煤矿的稳定性和安全性产生了很大的影响。
研究露天煤矿含断层顺倾边坡渗流与稳定性问题，对于提高露天煤矿的开采效率和降低安全事故发生率具有重要意义。
随着我国经济的快速发展，煤炭需求量持续增长，煤炭开采行业面临着巨大的压力。
为了满足能源需求，我国不断加大对煤炭开采的投入，露天煤矿作为一种重要的煤炭开采方式得到了广泛应用。
露天煤矿在开采过程中往往伴随着地质条件的复杂性，如断层、顺倾边坡等。
这些地质条件对露天煤矿的稳定性和安全性产生了很大的影响。
研究露天煤矿含断层顺倾边坡渗流与稳定性问题，对于提高露天煤矿的开采效率和降低安全事故发生率具有重要意义。
2007石油工程专业岩石力学第八章 井壁稳定解析
（2）岩石的综合性质，岩石的强度(rock strength )和变形
(deformation )特征等、孔隙度(porosity )、含水量、粘土含量 (clay content )、组成和压实情况等。
（3）钻井液(drilling fluid )的综合性质，化学组成、连续
相的性质、内部相的组成和类型、与连续相有关的添加剂类型、泥
pressure)；
如果泥浆密度过高，井壁上将产生拉伸应力，当拉伸应力 (tensile stress )大于岩石的抗拉强度(tensile strength )时，将
产生拉伸破坏（ tensile failure,表现为井漏），此时的临界井眼压
力定义为破裂压力(fracture pressure )。 因此，在工程实际中，可以通过调整泥浆密度，来改变井眼附近
3、井壁失稳的原因
通过以上分析，可以发现，影响井壁稳定的因素概括起来可分为
四大类： （1）地质力学因素，原地应力状态(in site stress state )、
地层孔隙压力(formation pore pressure ) 、原地温度、地质构造特
征(geological structural feature)等。这些因素是不可改变的，只 能准确地确定它们。
4、井壁稳定的研究方法
井壁稳定性(borehole stability )的研究方法目前主要有
三种：一是泥浆化学研究，二是岩石力学研究，三是化学和力学 藕合起来研究。
泥浆化学方面研究:
从泥浆化学方面研究井壁稳定，主要研究泥页岩水化膨胀的 机理，寻找抑制泥页岩水化膨胀(hydrate expansion )的化学
浆体系的维护等。特别是对于泥页岩和泥质胶结的砂岩，钻井液对 它们的物理力学性质的影响非常的大。 （4）其它工程因素，包括打开井眼的时间、裸眼长度、井身 结构参数（井深、井斜角、方位角azimuth angle ）、压力激动和 抽吸(surge and swab pressure) 等。
有渗流作用的油井井壁稳定性的解析分析
第ｌ ９卷第 ３ 期
２０ ０ ２年 ６ 月
工
程
力
学
Ｖｏ．９Ｎｏ３ １１ ．
Ｊｎ ２０ ｕｅ ０２
ＣＳ ＥＮＧⅡ Ｅ 咂 Ｒｎ Ｇ ｍ ＣＨＡＮＩ
文章编号： １０ －７０２０ ）３ １５０ ０ ０ ５ （０ ２０ —０ —４ ４
而坍塌。
关键词：井眼稳定性；渗流 ；ｌ 载荷 ；损伤 ；解析分析 临界 中围分类号： Ｔ ３ ２ Ｄ ２ 文献标识码 Ａ
１ 引言
保持井眼稳定一直是钻井 中的主要 问题之一 。 据 统计 ｌ，世 界每年消 耗在 处 理这类 问题 的费用 高 ｏ Ｊ
达数 亿美元 。因此 人们 很早 就开始 了这一 问题 的研 究 工 作 大 多 数 研 究者 都 是 从 静力 的角 度进 行研 究 ，虽 然取得 了很 多有 价值 的结果 ，但 这 一 问题一 直 没有彻 底解 决 Ｒ ｓ ｋ ｉ ｅ［等对井 眼 周 围 ａｍｌ Ｒｓ ｓ１ ｌ ｓ ｎ ＿
４ 基本方程求解
骱
－
结 边界 件式 ７ 此 方 得损 的 合 条 （解 微分 程， 伤区 ）
蚴 黼
－
为 （一 ｐｉ１
将 式（… ２ ）
、
（、５ 入 （，得 ４ （代 式３ 得 ） ） ） ，
为Ｐ
３ 基本方程与边界条件
３１孔隙压 力沿 半径 的分 布规 律 ．
在地层中孔隙流体和岩石骨架共同承担地应
力 的作用 。忽略 流体 自重 的影响 ，由达 西定 律 ，流
假 设岩 石 为多孔介质 ，有 效孔 隙度 为 口，渗透 系数 为 ，弹性模 量 为 Ｅ ，泊松 比为 。采用 Ｂ ｉ ｕ 的弹塑性 损伤 模型 ， 图 ２。 设为平 面应 变 问题 ， 如 假
地下硐室围岩应力计算及稳定性分析PPT课件
4、坑道围岩分布的共同特点：
（1）无论坑道断面形状如何，周边附近应力集中系数最 大，远离周边，应力集中程度逐渐减小，在距巷道中心为3— 5倍坑道半径处，围岩应力趋近于与原岩应力相等。
（2）坑道围岩应力受侧应力系数λ 、坑道断面轴比的影
响，一般说来，坑道断面长轴平行于原岩最大主应力方向时， 能获得较好的围岩应力分布；而当坑道断面长轴与短轴之比 等于长轴方向原岩最大主应力与短轴方向原岩应力之比时， 坑道围岩应力分布最理想。这时在巷道顶底板中点和两帮中 点处切向应力相等，并且不出现拉应力。
b
a
x
r 0, r 0
p 0( 1 m )2 ss 2 i(2 n i n ) m 2 s c2 i2 o n m s 2 c2 os
式中： m——y轴上的半轴b与x轴上的半轴a的比值，即 m＝b/a； θ——洞壁上任意一点M与椭圆形中心的连线与x轴的夹角； β——荷载p0作用线与x轴的夹角； p0——外荷载。
（2）当r＝a时，即坑道周边的应力为：
或：
r r 0
(3-3)
p ( 1 2 c2 o ) q s ( 1 2 c2 o ) s
p ( 1 ) 2 ( 1 ) c2 o s (3-4)
式中：λ=q/p为侧压力系数。
由： p ( 1 ) 2 ( 1 ) c2 o s
§3-1 概 述
一、地下硐室的分类 地下硐室(underground cavity)是指人工开挖或天然存在于岩 土体中作为各种用途的构筑物。 按用途：矿山巷道（井）、交通隧道、水工隧道、地下厂房 （仓库）、地下军事工程 按硐壁受压情况：有压硐室、无压硐室 按断面形状：圆形、矩形、城门洞形、椭圆形 按与水平面关系：水平硐室、斜硐、垂直硐室（井） 按介质类型：岩石硐室、土硐 按应力情况：单式硐室、群硐
渗流作用下非均匀应力场巷道围岩稳定性分析
（ 1）
其边界条件为： Q （ r = r0 ） = 0 ， Q（ r = b） = p i 从而可以得出渗流力的解析值： Q= pi b ln r0 ln r r0 （ 3） （ 2）
基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ 51074003 ） ； 国家自然科学 基金委员会与神华集团有限公司联合资助项目 （ 51174255 ） ； 高等学 校博士学科点专项科研基金项目新教师类（ 20093415120001 ） ； 安徽 省优秀青年科技基金资助项目（ 10040606Y31 ） ； 中国博士后科学基 金项目（ 2011M501037 ） ； 淮南市科技计划资助项目（ 2011A07921 ）
SUN Zhen － ping， GAO Zhao － ning， MENG Xiang － rui （ School of Energy and Safety，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001 ， China） Abstract： As porous medium， rocks are affected by ground water permeation． Elasto － plastic theory is used to analyze mechanical behaviors of the non － uniform stress field of circular tunnels and the circular tunnels elasto － plastic theoretical solution of non － uniform stress field is deduced． Base on the Mohr － Coulumb failure criterion，the boundary line equation of surrounding rock mass plastic zone under non － uniform stress field on the action of seepage is deduced． Through comparing whether the stability of surrounding rock was under the action of seepage or not， it obtains that the influence of seepage field on stress field is more intensive than without considering seepage when side pressure coefficient is 0． 5． The study demonstrates that the influence of seepage field on stress field is intensive． Key words： seepage； non － uniform stress field； circular tunnel； stability of surrounding rock； the boundary line equation of plastic zone
渗流力学第四章
P4 Q K E h i(4 r æ 2t)
2 4
－Ei(-u)可查数学手册中幂积分函数表。
又已知幂积分函数可展开为：
E i( 4 r æ 2 t) L 4 r æ 2 n t 0 .57 4 r æ 2 7 t 1 4 2 (4 r æ 2 t)2
9
将<6>.<7>式代入：
1r
d r2 (
d)P (r)2d
P
1 0
r2 æ t d2 u æ td u 2 æ t d u
第四章 弹性不稳定渗流理论
化ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ为：
d(u d) P u dP dudu du
1 1
或
d P ud(d)P u dP 1 2
dudu du du
又设： 则<12>式为：
(2)压力波传播第二阶段(压力波传到边界之后）
a.压力下降速度减慢，最后趋于稳定
特点
b.压力稳定前，井产量一部分来自压降区 域的弹性膨胀，另部分来自边水。
c.稳定后，井底流量与边水浸入量相等。
第四章 弹性不稳定渗流理论
2.井底压力保持不变
仍可分压力波传播的第一阶段和第二阶段
Q B
t1 t2 t
Pe
口井进行弹性不稳定渗流，则流动为平面二维 流动，数学模型为：
2P2P1P x2 y2 æt
2
取极坐标，则〈2〉式为：
2P1P1P r2 rr æt
3
第四章 弹性不稳定渗流理论
井以恒定产量Q生产时，有相应的初始边界条件为：
t=0, p=po
(0≤r ≤∞)
rrwQ 2 k(h r P r) con 0 s t t4
当地层压力逐渐下降时，原来处于压缩状态的可压 缩流体就要发生膨胀，迫使部分流体从地层流入井底。 当压力下降后,岩石颗粒膨胀，岩石孔隙体积减小，又从 地层排出部分液体。
井壁稳定性解析
70 60 50 40 30 20 10
0
90
180
270
360
50 45 40 35 30 25 20 15 10
5 0
0
90
180
270
360
井周地层应力状态
R2P(Hh)(1R2)(Hh)(13R4)co2s
r2
2
r2
2
r4
[2((11 2 ))(1R r22)]P (Pp)
hmin
A
A
z v [ 2 (H h ) c2 o ] [ s ( 1 1 2 ) ]P (P p )
直井井眼周围地层应力状态
直井井眼周围应力分布的特点是什么？
m a P x 3 H h [( 1 1 2 ) ]P ( P p ) m i n P 3 h H [( 1 1 2 ) ]P ( P p )
地应力
给定的泥浆密度
井周应力应变
本构模型
提高泥浆密度
失稳
破坏准则 稳定
结束
以孔隙弹塑性力学为根底的均质地层井壁稳定性分析理 论和计算方法根本成熟
平安压力〔密度〕窗口：ΔP
P破＞ P泥 ＞ P地
(P地＞ P坍)
P破＞ P泥＞ P坍
(P坍＞ P地 )
ΔP—平安压力窗口
钻井合理泥浆密度确实定
➢ ΔP愈大,那么钻井愈易 ➢ ΔP愈小,那么钻井愈难
钻井合理泥浆密度确实定
➢ 假设ΔP =P破- P地 〔 P地＞ P坍〕 那么较易
➢ 假设ΔP =P破- P坍 〔 P坍＞ P地〕 那么较难
3R4 (1 r4
2R2 r2 )sin2
直井井眼周围地层应力状态
钻井液渗流效应
r
岩石力学井眼周围地层应力状态与井壁稳定预测
井眼周围地层应力状态
意义？
井壁稳定性分析及安全泥浆密度窗口 的确定基础
出砂预测研究的基础……源自眼周围地层应力状态假设条件：
地层均质各向同性
线形弹性，小变形 轴向——平面应力或平面应变
三维问题转化为二维问题
直井井眼周围地层应力状态
h
二维平面应变模型
传统模型
各向同性体 Darcy渗流 无 无 无
层理性泥页岩问题 各向异性体 各向异性渗流 有 沿层吸水 有
没有解析解，必须数值求解
计算结果之一：井 眼周围位移场分布
规律
计算模型：考虑 地层各向异性、 渗流等因素的综
合影响
层理性地层井壁破坏点分析
定义层理面破坏比
破坏比大于1，失稳
最大水平地应力南 北方向，破坏点最 大值不在最小地应 力方位，在应用井 壁崩落椭圆法确定 水平地应力方位时 应当引起注意
volume (after Gaarenstroom et al., 1993)
典型的水力压裂试验曲线
破裂漏失
井 出现剪切裂 口缝 压 力
停泵
裂缝重张
裂缝闭合
时间
利用水力压裂试验数据计算地应力：
地层破裂压力（Pf）：地层破裂产生流体漏失时的井底压力
裂缝延伸压力（Pr）：使一个已存在的裂缝延伸扩展时的井底压力
层理性泥页力学特点之二：渗透性
钻井液及其滤液沿层理面的渗流使泥页岩地层强度逐步降低是引起井下复 杂的主要原因之一（Mclellan，1996）
Borehole Stability in Fissile Shale in Northeastern British Columbia
渗流—应力耦合作用下临库竖井开挖稳定性分析
渗流—应力耦合作用下临库竖井开挖稳定性分析渗流—应力耦合作用下临库竖井开挖稳定性分析引言：临库竖井开挖是一种常见的地下工程施工形式，其稳定性对工程质量和安全具有重要影响。
而在实际工程中，由于地下水的渗流和周围岩体的应力耦合作用，临库竖井的稳定性问题变得更为复杂。
因此，通过对渗流—应力耦合作用下临库竖井开挖稳定性的分析，可以为工程设计和施工提供科学依据。
一、渗流—应力耦合作用下的临库竖井开挖稳定性机制1. 渗流作用：地下水是临库竖井开挖过程中重要的渗流介质。
当竖井开挖后，地下水会受到压力释放，导致周围地层的渗透性增加，进而引起地下水的流动。
渗流作用会改变周围地层的孔隙水压及渗透性分布，对岩体的稳定性产生影响。
2. 应力作用：临库竖井开挖过程中，由于地表和竖井底板的约束效应，会导致周围岩体的受力状态发生变化。
开挖后，岩体内部会发生应力重分布，产生较大的应力集中区域。
这些应力的变化会对岩体的强度和稳定性产生影响。
3. 渗流—应力耦合作用：地下水的流动和周围岩体的应力变化相互影响，形成渗流—应力耦合作用。
一方面，地下水的渗流会改变周围岩体的应力分布，对原有的应力状态产生影响；另一方面，岩体的应力变化会影响地下水的流动速度和方向。
渗流—应力耦合作用的存在，使得临库竖井开挖稳定性分析更具挑战性。
二、渗流—应力耦合作用下临库竖井开挖稳定性分析方法1. 数值模拟方法：通过数值模拟方法可以较为准确地分析渗流—应力耦合作用下临库竖井开挖稳定性。
首先，根据地质和水文地质调查数据建立岩体模型，并输入相关参数。
其次，采用数学模型和计算方法模拟临库竖井开挖前后的渗流与应力变化。
最后，通过分析模拟结果，评估临库竖井开挖后可能出现的稳定性问题。
2. 经验法：在实际工程中，常常根据经验法对渗流—应力耦合作用下临库竖井开挖稳定性进行初步评估。
例如，可以采用工程经验公式和图表，根据地下水位、岩体类型、软硬结构等因素，估计临库竖井开挖后可能出现的岩体变形和破坏情况。
钻井地质力学环境描述及井壁稳定技术
2
8 t 1 3 0
1 3 3 0
( 1 3 3 0)
小结： 1。强度是描述工程结构是否失稳的参数。 2。根据分析目的不同应选用不同的破坏准则。 如：破裂压力分析、水力压裂裂缝传播、井壁稳 定等。 3。一般岩石的弹性屈服点不同于破坏点。
1 最大主应力
a
3最小主应力
c单轴抗压强度
mb HOEK-BROWN常数
s，a岩体特征常数
• Griffith 断裂准则
1
3
裂纹尖端周向应力：
b
2m y xy m
2 2
d b 0 d
d d 0
Griffith断裂准则
1 3
弹性
弹-塑
塑-弹
塑-弹-塑
塑-弹-塑
屈服
– 围压对岩石力学性质的影响 岩石的延性与脆性 随着围压的增加，岩石的破坏强度、屈服应 力及延性都在增加。 – 温度对岩石力学性质的影响 随着温度的增加，岩石的延性增大； 随着温度的增加，岩石的强度、屈服应力都 在降低。 – 孔隙压力对岩石力学性质的影响 – 应变速率对岩石力学性质的影响
(a)
(b)
剪切破坏形成过程： (a)裂纹形成初期 (b)裂纹非常发育 (c)剪切面形成
(c)
• 实验室测试技术
– 岩样的制备 既要避免岩体的结构面，又要有一定的代表 性和广泛性。 出处-产地、井深、层位和岩性 规则岩样： 25-50mm 抗压实验：h/d=2.5-3.0 抗弯实验：h/d=3.0-7.0 巴西实验：h/d=0.5-1.0 冲压实验：h/d=0.2-0.25
岩石破碎机理及地层可钻性 井壁不稳定问题 水力压裂 出砂与防砂 套管损坏 油藏变形 地面下沉
深井软岩巷道围岩流变与应力场演变规律
深井软岩巷道围岩流变与应力场演变规律深井软岩巷道围岩流变与应力场演变规律是指深井施工过程中，由于受到钻孔破坏、液压压实、外力作用等影响，在深埋的软岩巷道周围的围岩发生流变，同时伴随着应力场的演变，从而形成特定的应力场演变规律。
深井施工需要穿越软岩巷道，而软岩巷道周围的围岩也受到深井施工的影响，会发生流变，造成应力场的演变。
因此，掌握软岩巷道围岩流变与应力场演变规律，对于深井施工具有重要意义。
首先，影响软岩巷道围岩流变的主要因素是钻孔破坏、液压压实和外力作用。
钻孔破坏是指深井施工过程中，钻头穿过软岩巷道围岩，在钻孔过程中，软岩受到剪切、拉伸、压缩等应力作用，造成部分岩石破碎，使围岩发生流变。
液压压实作用是指深井施工过程中，钻孔内注入大量液体，形成液压作用，从而使围岩发生流变。
外力作用是指深井施工过程中，工具、水平定向钻、钻探机等外力作用，使围岩发生流变。
其次，软岩巷道围岩流变的表现形式有岩石破碎、松散、异形砂岩和软岩等。
岩石破碎是指深井施工过程中，围岩受力过大，造成部分岩石破碎，形成不同尺寸的岩石碎屑，使岩石结构发生变化，从而影响深井施工。
松散是指深井施工过程中，围岩受力过大，导致岩石结构发生变化，使岩石之间的结合力变弱，从而产生松散现象，影响深井施工。
异形砂岩是指深井施工过程中，围岩破碎后，形成的不同尺寸的砂岩和沙石，其粒度分布不均匀，粒度较大的叫大砂岩，粒度较小的叫小砂岩，混合后的砂岩称为异形砂岩，影响深井施工。
软岩是指深井施工过程中，围岩受力过大，使岩石结构发生变化，出现软性，从而影响深井施工。
最后，软岩巷道围岩流变会导致应力场的演变，形成特定的应力场演变规律。
一般情况下，随着深井施工进程的推进，围岩受到钻孔破坏、液压压实、外力作用等影响，应力场呈逐渐增大的趋势，其应力场演变规律为“应力先增大后减小，最大值出现在钻孔的中部”，即所谓的“三角形应力演变”，这是深井施工中常见的应力场演变规律。
总之，深井软岩巷道围岩流变与应力场演变规律是深井施工过程中，由于受到钻孔破坏、液压压实、外力作用等影响，在深埋的软岩巷道周围的围岩发生流变，同时伴随着应力场的演变，从而形成特定的应力场演变规律，这种规律对于深井施工具有重要意义。
深部岩石应力场对地下水渗流的影响机理
深部岩石应力场对地下水渗流的影响机理地下水渗流是指地下水在地下岩石中的流动过程。
地下水是地球上最宝贵的自然资源之一，对于维持生态平衡和人类生活至关重要。
然而，地下水的渗流受到许多因素的影响，其中之一是深部岩石的应力场。
深部岩石的应力场对地下水的渗流具有重要而复杂的影响，本文将探讨其影响机理。
首先，深部岩石的应力场会影响地下水渗流的通道。
地下水在地下岩石中通过孔隙和裂缝进行渗流，而岩石的应力场会直接影响这些渗流通道的形成和分布。
当深部岩石的应力场是均匀的时，地下水渗流通道较为稳定，流动速度较慢。
然而，当应力场受到外界因素的影响而变得不均匀时，渗流通道可能会被破坏或抬升，导致地下水的流动通道改变，甚至导致渗流速度的加快。
其次，深部岩石的应力场对地下水渗流的压力分布产生影响。
地下水的渗流是由流体压力差驱动的，而岩石的应力场会改变地下水的压力分布。
当深部岩石的应力场是均匀的时，地下水的压力分布相对稳定，渗流速度较慢。
然而，当应力场不均匀时，地下水的压力分布可能会发生变化，使得部分地区的地下水压力增加，部分地区的地下水压力减小。
这种不均匀的压力分布将影响地下水的流动方向和速度。
此外，深部岩石应力场对地下水渗流的渗透性和渗流能力也具有重要的影响。
岩石的应力场会改变岩石的孔隙结构和岩石内部裂缝的形态，从而影响岩石的渗透性和渗流能力。
当岩石的应力场变得不均匀时，岩石的渗透性可能会减小，地下水的渗流能力也会受到限制。
这将导致地下水渗透能力变差，甚至可能导致地下水流失，影响地下水资源的可持续利用。
最后，深部岩石应力场对地下水渗流的影响还与地下水的温度和化学性质有关。
岩石的应力场会改变地下水接触岩石的面积和时间，进而影响地下水对岩石中溶解的矿物质和溶解气体的吸附和释放。
特定的应力场条件下，地下水温度和化学性质的变化可能导致地下水对溶解物质的含量和组成发生变化，甚至引发地下水的地球化学反应。
这些变化将影响地下水渗透性和渗流能力，并可能导致地下水的质量下降。
渗流作用下圆形巷道围岩弹塑性分析
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巷道围岩裂隙演化规律及渗流灾害控制
6#
3#
1#
4#
5#
2#
应变/ε 1#—试块应变软化阶段 72.80 MPa 遇水；2#—试块残余强度阶段 32.30 MPa 遇水；3#—试块无水影响全应力–应变曲线；4#—试块塑性屈服阶 段 45.92 MPa 遇水；5#—试块弹性阶段 22.93 MPa 遇水；6#—试块残余 强度阶段 37.54 MPa 遇水
峰值强度前不同应力阶段遇水对试块的弱化程 度并无太大差异；由于裂隙水浸入，在应变软化阶 段脆性裂隙的发展与贯通受到抑制，导致裂隙面泥 化封闭，从而减少了对稳定残余强度的弱化程度。 这种裂隙泥化闭合作用也限制了岩块受载破坏过程 中渗透性能的无限增加。
对于煤层顶底板泥岩、炭质泥岩等黏土类岩石， 在原岩条件下一般为良好的隔水层，受开挖工程扰 动影响岩体受集中应力作用破坏导致裂隙动态发 育，在应力变化过程中，围岩渗透性能发生巨大变 化[5～8]。应力场与渗流场耦合的研究成果大部分集 中于岩石的弹性、塑性阶段[9～12]，不能用于分析巷 道破碎区的渗流情况。泥岩试块的渗透性试验揭示 不同破坏程度、不同性状岩体的渗透性变化规律， 可用于对照分析巷道围岩不同空间区域、不同时段 的渗流规律。 2.2 掘巷围岩的“三向”渗流特征
等渗流灾害控制关键参数，提出控制泥质巷道围岩防止渗流灾害的注浆稳定技术。该技术可用于指导渗水威胁条
件下的巷道围岩施工，实现减缓或消除渗流灾变。在一穿断层导通砂岩含水层的煤矿开拓巷道工程中应用该技术，
有效地控制了渗流灾害。
关键词：采矿工程；巷道；裂隙；渗流灾害；注浆；控制技术
中图分类号：TD 163
文献标识码：A
弹性区
塑性区 破碎区
载荷曲线
原岩渗 流区
渗流屏 蔽区
水平井近井渗流规律
水平井近井渗流规律1. 介绍水平井近井渗流是油气开采领域中的重要研究内容，对于合理开采油气资源、提高采收率具有重要意义。
本文将深入探讨水平井近井渗流的规律及其影响因素，以及对渗流规律的优化方法。
2. 水平井近井渗流基本原理水平井近井渗流是指在水平井附近发生的渗流现象，主要包括近井区渗透性衰减、流体分布不均匀等特点。
3. 水平井近井渗透性衰减机理水平井近井渗透性衰减是指在水平井附近，岩石的渗透性会发生不同程度的衰减。
这一现象主要是由于以下几个因素所导致：3.1 压裂液渗透性侵蚀压裂液渗透性侵蚀是水平井近井渗透性衰减的主要原因之一。
在水平井压裂过程中，高压液体会侵入岩石孔隙中，使岩石的渗透性降低。
3.2 岩石变形与塑性水平井在生产过程中，由于岩石的变形与塑性，会导致近井区域的渗透性下降。
岩石会发生塑性变形，使得孔隙度降低，渗透性减小。
3.3 水平井壁面滞流水平井井壁面滞流是指在水平井井壁上，流体会产生滞留现象，使得井壁附近的渗透性下降。
这是由于流体黏性和相互作用力所导致的。
4. 水平井近井渗透性衰减对油气开采的影响水平井近井渗透性衰减对油气开采产生了重要影响，主要表现在以下几个方面：4.1 产量下降由于近井区的渗透性衰减，导致水平井附近的产量下降。
渗透性衰减使得流体在近井区的渗流能力减小，因此产量会受到一定程度的影响。
4.2 压力分布不均匀在水平井产出过程中，近井区渗透性衰减导致压力分布不均匀。
渗透性衰减使得流体在近井区的渗透性减小，从而出现压力梯度不均匀现象。
4.3 采收率降低近井区渗透性衰减对采收率造成了一定的影响。
由于渗透性减小，导致附近的资源无法充分开采，从而降低了采收率。
5. 水平井近井渗流优化方法为了克服水平井近井渗透性衰减对油气开采的影响，可以采用以下几种方法进行优化：5.1 渗流改造技术渗流改造技术是指采用各种方法改变近井区的渗透性，以提高采收率。
常用的渗流改造技术包括酸化、压裂、水平井段分层开采等。