钻孔局部壁面应力全解除法（BWSRM）三维地应力测量原理及其室内试验研究

摘要

本文首先对地应力的成因、地应力场的基本分布规律、以及地应力测量方法与技术的研究历史做了全面的归纳与总结。然后对地应力测量方法与技术的研究现状进行了回顾和评述。在系统分析前人研究成果的基础上，提出了一种新的地应力测量方法——钻孔局部壁面应力全解除法(Borehole-wall Stress Relief Method，BWSRM)。通过理论研究、数值模拟分析和相关的室内试验研究，对BWSRM法地应力测量原理做了深入地研究。具体研究工作主要有以下几个方面： 1、全面回顾了地应力测量方法与技术的研究现状，重点分析了岩石力学与工程中常用的水力压裂法和钻孔应力解除法这两大类地应力测量方法的优势及其局限性，指出了开展三维地应力测量新方法、新技术研究的必要性。 2、基于线弹性岩石力学理论提出了一种新的钻孔应力测量方法——钻孔局部壁面应力全解除法(BWSRM)。BWSRM法属于钻孔孔壁应变测量法的一个变种类型，但在实现对钻孔孔壁应变测量的技术途径上，它利用侧壁取芯技术在测点附近几个局部壁面上直接钻取圆柱状岩芯使其与周围岩体完全分离取代了沿钻孔轴向套取岩芯的传统方法。BWSRM法与以往的钻孔应力测量方法有着本质的区别。 3、系统地研究了BWSRM法地应力测量的基本原理和具体实施过程。BWSRM法理论基础可靠，在应力测量过程中不需要套钻作业，在确定地应力张量时也不需要做任何假定，从而克服了水力压裂法和传统套芯应力解除法在应用过程中的局限性。 4、将岩石视为均质、线弹性、各向同性的连续介质，对应力解除法地应力测量中影响测量结果的相关因素进行了讨论，研究了测量误差的分析方法以及误差的参数敏感性等问题。 5、采用线弹性有限元方法对BWSRM法应力解除全过程进行了数值模拟，研究了应力解除过程中所要解除卸载的岩芯直径与解除深度之间的定量变化关系，分析了环形切割槽对钻孔局部壁面应力重分布的影响，给出了应变花在钻孔侧壁上的布置方案。 6、基于BWSRM法，提出了研制全新地应力测量设备的系统设计思想。建立了室内取芯钻进试验平台，对设计井下取芯钻具所需的钻压、钻速、马达功率等钻进参数优选进行了较为系统的试验研究，完成了井下测量系统的设计和制作等工作。同时，还建立了BWSRM法室内应力解除试验系统，为BWSRM法地应力测量设备的成功研制奠定了坚实的基础。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1.1引言

§1.2地应力的成因及其若干分布规律

§1.3国内外地应力测量技术发展概况

§1.4选题的意义及本文研究的主要内容

第二章地应力测量方法与技术研究现状

§2.1引言

§2.2地应力测量方法

§2.3本章小结

第三章钻孔局部壁面应力全解除法（BWSRM)

§3.1引言

§3.2 BWSRM法地应力测量基本理论

§3.3 BWSRM法地应力测量原理

§3.4本章小结

第四章地应力测量中的误差分析

§4.1引言

§4.2几个基本概念

§4.3三维地应力计算

§4.4误差分析

§4.5本章小结

第五章BWSRM法数值模拟研究

§5.1引言

§5.2 BWSRM法数值模拟研究

§5.3本章小结

第六章BWSRM法室内试验研究

§6.1 BWSRM法地应力测量设备的系统设计思想

§6.2 BWSRM法相关室内试验研究

§6.3本章小结

第七章结论与展望

参考文献

致谢

作者简介

博士后研究工作总结