水平定向钻穿越水敏性地层冒浆预测及防控

非开挖水平定向钻穿越施工中,孔内压力过高会造成地表隆起冒浆事故,严重污染周围环境,造成重大经济损失。以福州市塘坂引水工程供水管道水平定向钻穿越项目为例,考虑工程水敏性软化造浆地层,基于Mohr-Coulomb准则构建了针对水敏弱膨胀地层的孔内最大允许泥浆压力计算模型,并通过现场位移监测数据验证了模型的正确性;随后通过现场应用校验了非开挖水平定向钻穿越水敏弱膨胀地层的冒浆防控技术可靠性。研究结果表明:所推导的计算模型比现有其他孔内允许泥浆压力预测模型更加适用于水敏性软化造浆地层;水平定向钻穿越冒浆防控技术应以孔内泥浆压力控制为主,结合泥浆技术、工艺优化防止憋压,最后辅以局部薄弱点加强、定向控制冒浆等手段进一步加强冒浆预防措施,保障施工安全。

水敏性复杂地层深孔绳索取心钻进工艺研究与应用

宝山矿区地质构造较复杂,存在多个断裂破碎带,地层软硬互层交替,炭质页岩厚度大,遇水膨胀,钻孔缩径严重,钻进过程中易发生粘附卡钻、坍塌及埋钻等事故,属于典型的水敏性地层。针对该类地层在钻进过程中出现的这些问题,通过优化钻孔结构、合理钻具级配,采用金刚石绳索取心钻进工艺和低固相钻井液护壁技术,适当控制回次进尺长度和回次进尺时间等措施,保证了钻孔孔壁的稳定性及工程安全,有效地解决了水敏性地层钻进中出现的问题,加快了施工进度,取得了较好的钻进效果,使项目得以顺利完成。本次钻探施工完成了钻探进尺9500余米,达到了地质找矿目的,取得了较好的经济和社会效益。此外,希望适用于该矿区的钻进工艺方法对其他相似水敏性复杂地层的钻探施工具有一定的参考意义。

广西苗儿山大厚度水敏性地层冲洗液技术研究及应用

广西苗儿山地区铀矿找矿潜力巨大,但局部地区地层复杂,存在大厚度水敏性地层及破碎地层,钻探施工中频繁遇到孔壁坍塌及钻孔超径等难题,导致孔内事故频发,严重影响施工进度。因此,对该地区水敏性岩心进行了矿物成分和微观特征分析,分析结果表明水敏性地层含有大量蒙脱石、高岭石、水云母等粘土矿物,且微裂隙发育,水化膨胀严重。针对以上问题,通过室内实验评价,优选了新型成膜护壁材料,进一步研制了护壁性良好的成膜护壁冲洗液体系,其最优配方为:5%成膜A剂+3%成膜B剂+1.5%改性沥青+1%随钻堵漏剂+1%封堵剂+0.6%增粘剂+0.2%包被剂。该冲洗液API滤失量为5~8 mL,相对膨胀降低率达到87%以上,可有效抑制水敏性岩心水化膨胀,护壁效果明显。该技术在苗儿山地区3个试验钻孔成功应用,顺利钻穿水敏性地层,未发生岩心分散、孔壁坍塌等问题,取得了良好的应用效果,初步形成了针对该地区水敏性地层的成膜护壁冲洗液技术。

水敏性开放空间及其基础设施平灾复合研究框架--融合城市人因大数据的新方法

在高密度城市中,水敏性开放空间存在大量老旧而封闭的雨洪基础设施,亟待进行平灾复合空间导向的更新。然而,既有研究中对水敏性开放空间及其雨洪基础设施的平灾空间研究存在要素繁杂和特征难以整合的问题,并且在极端偶发性和常年季节性平灾天气下的人群活动难以用传统方法监测,导致当前平灾空间与复合使用之间的影响关联尚不明晰,造成土地浪费。因此,本文提出了融合城市人因大数据的设计策划研究路径与框架,包括水敏性开放空间及其雨洪特征要素的“功能-形态-网络”类型形态设计研究、公众活动与感知的平灾时空使用表征研究、以及二者相互关联的平灾复合机制与设计前策划研究,以此提供一个以人为本视角下融合城市人因大数据的新研究框架,促进平灾复合更新和韧性城市建设。

红粘土抗剪强度的水敏性研究

为了研究红粘土的地域性特征及红粘土抗剪强度的水敏性,以广梧高速云浮段红粘土为试样,进行一系列基础试验,并绕过量测基质吸力,采用考虑不同含水率的变化研究其抗剪强度水敏性。试验结果表明,该红粘土具有高含水率、高液限、高塑性、缩胀性、裂隙性、高孔隙比、低压缩性和"假粉性"等特点;红粘土应力-应变曲线为强化型曲线,高含水率和低含水率的抗剪强度相差较大,抗剪强度随着含水率的增加而减小,其中粘聚力随含水率的增加,呈一阶指数衰减,内摩擦角随含水率的增加呈现分段函数的特征;通过水敏性试验的结果提出了"临界含水率抗剪强度面"的概念,在已知上覆压力和干湿状态的情况下可以通过一套识别流程判别土体是否达到抗剪强度,可为实际工程应用提供参考依据。

基于水敏性城市设计的城市水环境污染控制体系研究

随着城市化进程加快,自然地表被硬化的不透水地面所替代,城市面源污染加剧,城市水环境恶化成为限制城市发展的关键因素。水敏性城市设计(Water Sensitive Urban Design,WSUD)提出从城市设计和生态管理角度实现城市发展与水环境保护的共同目标。综述了WSUD理论内涵、设计原则、技术体系以及隐含在其中的生态学思想,提出当前WSUD理论发展需要进一步完善的技术体系,整合生态学思想以及建立科学的效益评估方法,并与传统生态智慧关联,为WSUD在我国的发展和研究提供科学参考。同时,基于WSUD技术及蕴含于其中的生态智慧,针对三峡库区城市水环境特点和城市面源污染特征,兼顾城市景观优化、生物生境再造、生态服务功能优化与城市建设协同发展,采取生态缓冲、湿地消纳和自然调控相结合的综合防控思路,以水陆界面生态屏障综合控制为主线,根据城市生活区-休闲娱乐区-水陆界面缓冲区3个空间层次,提出城市污染源头-滨湖绿带-生态护坡-基塘湿地-自然消落带多重拦截和消纳的城市水环境污染控制体系,形成三峡库区水敏性城市设计与建设的模版和参考,为三峡库区城市水体污染控制提供科学依据,促进三峡库区水质保护与城市人居环境协同发展。

广西原状红粘土力学性状与水敏性特征

对广西原状红粘土的力学指标、胀缩特性与孔径分布随脱湿过程的演化规律进行了较为系统的室内试验研究。结果表明:广西原状红粘土为裂隙发育的硬塑性粘土,不同脱湿阶段的力学指标与胀缩性能在较高含水量范围内受基质吸力控制,在较低的含水量范围内主要受控于裂隙性;转折点处含水量与重型击实(干法备样)最优含水量相接近;原状红粘土的孔隙主要以孔径从0.01 靘～0.05 靘的小孔隙为主,在脱湿过程中,干密度增大,总孔隙体积减小,以0.01 靘～0.05 靘与0.1 靘～1.0 靘两个区间内孔隙体积减小最为明显。

碳酸盐岩储层水敏性实验评价及机理探讨

通常认为,碳酸盐岩储层少含或不含黏土矿物,水敏性很弱,甚至可以忽略。然而越来越多的研究显示,碳酸盐岩储层也可表现出较强水敏性。为此,选取川东北地区三叠系嘉陵江组、飞仙关组、长兴组储层碳酸盐岩岩心,进行了水敏性实验评价。结果表明,储层存在较强水敏性;随着用于实验的流体矿化度的逐渐降低,岩心渗透率持续下降,且当流体矿化度急剧降低时,岩样水敏性损害加剧。进而从化学平衡,电化学角度分析了储层的水敏机理,认为伊利石微结构是储层水敏性的潜在因素,其分散/运移及石膏水化膨胀,溶解—再沉淀、碳酸盐矿物的析出,是储层水敏性的主要原因;水敏实验中的离子强度效应大于同离子效应对石膏溶解度的影响。

紫色土区水稻土抗剪强度的水敏性特征

土的抗剪强度是工程设计中重要的依据指标,同时也是土壤精准耕作,大型农业器具设计的一个基本参数。紫色水稻土长期处于淹水状态,为研究其抗剪强度的水敏感性特征,该文以重庆市合川区钱塘镇大柱村国土整治项目区内紫色水稻土为试样,采用调控含水率变化,通过三轴不固结不排水试验研究其抗剪强度的水敏感性特征,并为实际工程中处理紫色水稻土提出建议。结果表明:1)同一围压下,紫色水稻土的最大主应力差随着含水率的增加而减小;相同含水率下,随着围压的升高最大主应力差增加,但这种增加趋势随土壤含水率的增加而减小。2)当含水率处于界限含水率附近时,抗剪强度随含水率的增减变化较为缓慢;含水率大于某一值后紫色水稻土抗剪强度随含水率增加而减小。3)紫色水稻土的粘聚力随含水率的变化具有明显的峰值,呈先增大后减小的趋势。4)紫色水稻土内摩擦角与含水率之间具有明显的线性负相关性。该研究可为地区农业基础工程的设计到施工,以及工后更好地控制路基路堑的稳定性等提供参考。

压裂液对低渗砂岩气藏的水敏性伤害实验研究

为了客观准确地评价压裂液对低渗砂岩气藏的水敏性伤害,开展了伤害机理研究。以压裂液"平行液"为实验液体,基于X衍射、扫描电镜及岩心流动实验结果,将核磁共振技术应用于水敏性伤害机理,对胍胶压裂液和酸性压裂液造成的水敏性伤害进行了评价。结果表明:两种压裂液对应"平行液"对岩心造成的水敏性伤害均值分别为12.68%和12.77%;伤害程度大小主要取决于岩心中伊/蒙间层、伊利石的绝对含量以及黏土矿物的总含量,而与压裂液"平行液"类型无严格关系;返排程度与水敏性伤害有一定关系,返排量为0～2倍孔隙体积时,伤害率表现出增大的趋势,返排量为2～10倍孔隙体积时,伤害率趋于稳定;不同孔隙类型岩心由于不同类型压裂液入侵造成水敏性伤害后,表现出不同的核磁共振特征。通过研究,提供了一种定性评价压裂液对油气储层水敏性伤害的新方法。

储层岩石水敏性影响因素研究

注入流体矿化度与储层中的粘土矿物不配伍时 ,会引起粘土矿物水化膨胀和分散 ,导致渗透率降低。研究表明 ,岩石水敏损害程度与注入水盐度、盐度递减速率以及 p H值有关。当注入水盐度低于 9 0 0 0 mg/L时 ,渗透率明显降低。盐度递减速率越快 ,水敏损害程度越大。

偏高岭土协同石灰钝化红黏土水敏性的机制

红黏土水敏性强,添加石灰等碱性材料处治后,能获得即刻的改良效果,但由于红黏土呈弱酸性,石灰改良后其长期性能会衰减。为提高石灰稳定红黏土(简称La+L)的长期性能,添加偏高岭土(4%)协同石灰(5%)稳定红黏土(简称La+L+MK),改善其水敏性和酸-碱互损作用。制备8种初始含水率的压实试样(初始孔隙比相同),养护到预定时间后开展无侧限抗压强度试验,同时,测定试样的钙离子浓度、电导率和pH值。结果表明:初始含水率为26%左右时,改良土的无侧限抗压强度最高,初始含水率偏高或偏低都不利于改良土的强度增长。究其原因,试样偏干时,缺少水分,石灰水化不充分,不能形成游离态钙离子,无法进行火山灰反应,颗粒之间无法形成胶结;试样偏湿时,火山灰反应形成的胶结强度不及过量水分引起的基质吸力丧失量。试样的钙离子浓度和电导率变化规律,证实了以上原因解释的猜想。当然,添加偏高岭土后,能够显著改善偏湿状态下的石灰土强度。即使浸水饱和后,相对石灰改良土,也能够保持较高的强度,充分证明偏高岭土能够有效降低石灰土水敏性,提高其耐久性。偏高岭土直接提供了大量硅、铝氧化物,且将土体pH值降到有利于硅、铝氧化物溶解的碱性范围,加速火山灰反应,缓减或抑制石灰-红黏土的互损作用。

不同粘土矿物水敏性特征

通过改变砂样中的粘土矿物的种类和含量，结合咸淡水之间的单一和驱替实验，研究不同粘土矿物的水敏性特征。在单一的咸水和淡水情况下，当砂柱中的粘粒含量≤1．5％（重量比）时，其渗透系数基本不发生改变，即使粘粒含量从1．5％增加10％，其渗透系数也仅下降约一个数量级。各种粘土矿物中，蒙脱石导致含水介质渗透系数的下降最为明显，高岭土和伊利石约是其影响值的一半。咸淡水驱替实验中，加入蒙脱石颗粒的砂柱的渗透系数急剧下降，当蒙脱石含量达3—4％时，渗透系数已经下降的极低，可以看作不透水层，而加入高岭土和伊利石的砂柱的渗透系数没有急剧变化。对于这种现象的解释是：不同类型的粘土颗粒吸附不同数量的水分子，形成数量和大小不同的胶体团，使得介质渗透系数的变化量不同。

水敏性黄土的湿剪试验研究

应用改制的应力式直接剪切仪,首先对不同剪应力水平作用下原状黄土浸水饱和湿剪演化规律进行了研究;其次选取了一个剪应力水平对不同增湿浸水量作用下原状黄土和扰动黄土湿剪演化规律进行了进一步探索,并在此基础上定义了黄土水敏性结构参数mω。结果表明,黄土在湿剪过程中剪位移随时间变化曲线可以分为两个阶段:湿剪迅速发展阶段和湿剪稳定阶段;浸水饱和增湿后试样抗剪强度值受剪应力水平影响较小,竖向变形以增湿湿陷变形为主;而其水敏性结构参数在低固结压力、低含水率条件下对水的敏感性较强,在高固结压力、高含水率条件下对水的敏感性较小。

黄土水敏性及水致黄土滑坡研究现状与展望

黄土是具有"水敏性"的特殊土,水是诱发黄土滑坡最积极的因素,黄土水敏性的力学机制及致滑机理已成为黄土地区生态文明建设中迫切需要解决的重大基础问题。本文在搜集大量文献的基础上,将黄土水敏性及水致黄土滑坡研究现状按照黄土水敏性、考虑优势通道的黄土斜坡水分运移规律和刻画方法、水致黄土滑坡失稳力学机制、基于水的黄土滑坡防控关键技术共四方面内容加以总结归纳。建议明确黄土水敏性的概念和内容,以黄土水敏性力学本质为突破口,研究建立基于吸应力理论的黄土水敏性参数和指标体系,开展考虑优势入渗的黄土斜坡稳定性有限元分析,并建立一套基于水的水致黄土滑坡风险防控关键技术体系。

南京下蜀土水敏性特征的试验研究

对不同含水状态下南京下蜀土的物理性质、水理性质以及力学性质开展试验研究,探讨了下蜀土的主要水敏性特征。研究表明:在干、湿不同状态下,南京下蜀土物理性质、水理性质及抗剪强度差异明显,含水率较高的下蜀土表现出一定的塑性,脱湿条件下逐渐表现出脆性破坏特征。临界含水率及拐点含水率是研究南京下蜀土水敏性特征的重要参数。研究成果进一步丰富了对下蜀土水敏性的认识,对于评价不同含水状态下下蜀土的工程地质性质,尤其对下蜀土边坡稳定性的分析评价具有重要意义。

山地水敏性城市设计——基于“城市、建筑、景观”三位一体理论的城市设计新思维

城市、建筑、景观三个层面的设计脱节问题是影响山地城市设计中资源整体利用和特色突显的主要原因之一。重庆悦来生态城规划从分析水资源在山地城市设计中的重要性入手,结合水敏性城市设计的理念、特征及控制内容,提出了基于水资源和城市空间耦合互动的山地水敏性城市设计基本原理和特征,探索"城市、建筑、景观"三位一体理论的城市设计新思维,有效整合山地资源,主动实现防灾减灾、生态营造,使山地城市设计的构想和空间形态具有鲜明特色。

深层水敏性稠油油藏开发方式评价

深层水敏性稠油油藏衰竭式开发效果较差,选择适用于该类油藏地质开发特点的开发方式,进一步提高区块采收率,是目前亟待解决的技术难题。从油藏实际出发,基于室内注水伤害、添加稳定剂注水和注气膨胀等物理评价实验,通过油藏数值模拟手段,开展了对衰竭式、注水、注天然气和氮气吞吐、吞吐转驱和注气驱等开发方式的优化计算和可行性论证。研究结果表明,注水开发会导致储层渗透率大幅降低,添加防膨稳定剂可在一定程度上改善注水开发效果,比注水开发提高采出程度4.23%,但与注气驱方案相比提高采出程度幅度不大;注气方案中,注天然气吞吐转驱效果最佳,比衰竭式开发增产原油9.82×104m3,提高采出程度19.6%,具有较好的经济效益,可作为深层水敏性稠油油藏的有效开发方式。

泥页岩水敏性评价新方法──比亲水量法研究

基于近代表面物理化学有关理论和试验分析，首次提出并论述了比亲水量法是泥页岩水敏性评价的科学新方法。比亲水量法能克服传统总亲水量法的局限性，特别适用于当前面临的深井硬脆性泥页岩井壁稳定性的分析研究。文中概述并试验研究了比亲水量的测定方法。试验研究表明，ＥＧＭＥ法和亚甲基蓝法均是重复性好、准确可靠的泥页岩比表面测定方法，尤其是亚甲基蓝法简便易行，成本较低。比表面积和比亲水量是泥页岩水化变形和强度变化的决定性因素：试验测得了１０种泥页岩样的比表面积和比亲水量。

影响咸淡水界面水敏性的几个因素

文章通过砂柱的水击试验,对水流速度、盐浓度、pH值对咸淡水界面水敏性的影响进行了研究。试验结果表明,咸淡水界面上存在临界盐浓度值和临界流速值,当入流溶液浓度达到临界盐浓度和流速达到临界流速时,都会产生颗粒释放现象,导致砂柱的渗透率下降,水敏性发生。在相同的盐浓度和进水流速条件下,进水的pH值越低,颗粒释放的速度越慢,释放总量越少;进水的pH值越高,颗粒释放的速度越快,释放总量越多。