基于疏水型纳米二氧化硅的页岩气盐水钻井液

由于页岩地层层理和裂缝发育，且具有水化性，因此在钻井作业中常面临井壁稳定、降摩减阻、岩屑清除等难题。为此，优选了疏水型纳米二氧化硅作为泥页岩封堵剂，以减少水分侵入，抑制泥页岩水化膨胀。通过钻井液常规性能测试、扫描电镜分析，评价了不同纳米二氧化硅对盐水钻井液的影响。结果表明：①疏水型纳米二氧化硅具强疏水性与强吸附性，能吸附在泥饼上，形成纳米颗粒隔水层，有效降低滤失量；②纳米二氧化硅加量为1％～3％时，疏水型固体纳米二氧化硅可使钻井液滤失量降低48．7％，疏水型纳米二氧化硅分散液可使钻井液滤失量降低41．67％，但固体颗粒易团聚，易失去纳米颗粒特性；③在180℃、NaCl含量25％、分散液加量3％条件下，钻井液滤失量为8．2mL；在室温～180℃下，钻井液水活度稳定在0．815～0．849，页岩膨胀率在4％左右，具有较强的抑制性；钻井液的润滑系数稳定在0．11～0．12，润滑性能较好。综合考虑滤失量、稳定性和性价比等因素，选定基于3％疏水型纳米二氧化硅分散液和25％NaCl的钻井液体系为最优配方。

新型吸水膨胀堵漏剂的研发与评价

针对目前膨胀堵漏剂普遍存在包覆材料环保性差、强度低、成本高等问题,研发了一种新型膨胀堵漏剂。该堵漏剂由丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、膨润土、惰性材料(核桃壳、云母、聚丙烯纤维)、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸钾和亚硫酸氢钠等通过溶液自由基聚合法合成,合成后采用绿色环保的植物胶囊包覆。对堵漏剂的常规性能和堵漏性能进行了综合评价,结果表明,使用15%钠膨润土时,堵漏剂吸水倍数为113、弹性模量达44.6 kPa、抗温达100℃、抗NaCl达15%、抗CaCl_2一般;绿色植物胶囊基本不含重金属成分、环境保护性强,包覆堵漏剂时,常温下8~30min破碎,70℃下5~17min破碎,可满足现场可控要求;堵漏剂单独使用可封堵1~2mm缝板,承压能力达3MPa;合成时添加20%粗粒径复合惰性材料,可封堵1~4 mm缝板,承压能力达4 MPa;添加20%细粒径复合惰性材料,当堵漏剂加量较大(达4%)时,仍难以封堵1~2 mm缝板;合成后添加惰性材料可极大地提高堵漏剂承压能力(大于5 MPa),同时减少堵漏剂加量(0.3%~0.5%),可封堵1~4 mm缝板;相比国内常规堵漏剂,新型堵漏剂每吨节约成本2 000~4 000元,应用前景良好。

3种模式下钻孔灌注桩桩-土剪切特性现场试验研究

不同的桩-土剪切模式对桩-土剪切位移量的大小和桩侧摩阻力的发挥有重要影响。对抗压桩、顶拔桩和负摩擦桩等3种模式的6根钻孔灌注桩的剪切特性进行了现场加载试验与长期监测。通过对不同桩型的桩身应变、桩顶位移和桩周土沉降等试验资料的系统分析,建立了"侧阻-位移"曲线确定各模式桩-土剪切位移量和不同深度的极限侧阻力。根据不同桩-土剪切模式极限侧阻力的发挥特征,分析了桩-土相对运动方向、剪切边界约束条件、剪切位移量、加载速率和剪切历时等5个因素对极限侧阻力发挥的不同影响。讨论了利用现场顶拔桩试验结果对桩负摩阻力增大段的极限负摩阻力进行预测的可行性,供同行参考借鉴。

青海东昆仑重点成矿带岩石钻进特性及金刚石钻头使用效果分析

为了解决青海东昆仑重点成矿带金刚石钻进中钻头使用寿命较短的问题,对该区域典型岩石的研磨性、可钻性进行了测试分析,并对影响钻头寿命的因素进行了现场调研。测试结果表明:岩石的研磨性主要在5~6级,可钻性为7~8级。回归统计分析表明,影响钻头寿命的显著因素是钻孔深度和钻头回转速度:钻孔越深,转速越高,钻头寿命越短;认为这是由于地层漏失,导致环空粗颗粒岩屑不断累积,造成钻头重复破碎岩屑、拉槽和微烧,从而降低了钻头的寿命。

浸泡作用下碎石土剪切强度衰减规律及机理

水库蓄水后,滑坡体碎石土经受长时期的浸泡,力学性质发生改变,从而影响滑坡整体稳定性。为探究浸泡对碎石土力学性质的影响规律,选取三峡库区马家沟滑坡后缘未经受长期浸泡作用的碎石土进行大型直剪试验,分析了不同浸泡天数下碎石土的剪切力学性质。试验结果表明:浸泡40 d后,碎石土黏聚力下降幅度达39%,内摩擦角下降幅度为8.3%;碎石土黏聚力在浸泡前期快速下降,下降速率随浸泡天数增加而降低,浸泡20 d后,黏聚力基本达到稳定。为探究碎石土抗剪强度降低的原因和机理,对粉质黏土(碎石土细粒成分)进行了三轴剪切试验、激光粒度分析及浸出液阳离子分析等试验,揭示了碎石土抗剪强度的衰减机理为:浸泡作用下,碎石土中的粉质黏土发生矿物溶解、离子交换与吸附作用,土体中大颗粒细化,胶结作用减弱,进而导致碎石土整体抗剪强度降低。研究结果对库区碎石土滑坡评价与治理具有一定的指导意义。