延安气田东部石千峰组-石盒子组井壁失稳机理及抑制方法

为了研究延安气田东部区域钻井过程中石千峰组-石盒子组井壁失稳的内在原因,对该地层岩样的矿物组分、理化特征、力学特性进行深入分析,并针对井壁失稳机理提出了抑制液相自吸的稳定井壁对策。研究可知:延安气田东部区域石千峰组-石盒子组黏土矿物含量分布在15.44%~47.52%,属弱膨胀中等分散性岩性,岩心中微裂缝、微孔隙发育,是导致液相侵入、井壁坍塌的主要因素;石千峰组-石盒子组岩样在蒸馏水中滚动回收率低于67.2%、线性膨胀率低于8.14%,石盒子组岩样分散相更强,润湿性均表现为亲水性,且石盒子组岩心的亲水性更强;石千峰组岩样经钻井液浸泡后三轴抗压强度由186.04 MPa降低至98.13 MPa;石盒子组岩样浸泡后三轴抗压强度由90.09 MPa降低至49.21 MPa,表明钻井液沿微孔隙、微裂缝侵入后使岩石强度降低;0.3%自吸水抑制剂ZXS-1可使石盒子组岩样水相和油相在岩心内的饱和度由72.6%和86.6%降低至4.7%和33.5%,并在岩石表面形成一层致密的分子吸附层,将岩心表面的润湿性由亲水性转变为疏水性,通过抑制岩样吸水,达到封堵微裂缝、阻止液相侵入的稳定井壁效果。

中国大陆科学钻探主孔2000米以上脆性变形构造应力场

在主孔2000米之内,存在复杂的脆性破裂系统和构造应力场。根据其充填物的特征,可划分为由石英、方解石和绿泥石等矿物充填的微破裂,发育石英、方解石等矿物薄膜或擦痕线理的微破裂和既无矿物充填、也无矿物薄膜的微破裂等3种不同类型的脆性应变现象,它们依次代表早、中、晚和深、中、浅3个不同构造层次的脆性变形。初步分析表明脆性变形阶段存在有以南东东-北西西向为主导的挤压作用、北东-南西向的区域挤压作用、南北向挤压作用和垂向伸展作用等4期构造应力场。郯庐断裂东侧的现代构造应力场在区域上具有极大的稳定性。在脆性和脆-韧性转换带,制约苏鲁高压-超高压变质带侵位的主导应力作用方式为自南东东往北西西方向的挤压,它在时间和空间上具有一定的稳定性。

中国东部海域及其邻区现代构造应力场研究

中国东部海域是指渤海、黄海和东海地区。前人利用震源机制解、井壁崩落和水压致裂等资料,分别对有关海区的现代构造应力场作过不同程度的研究。文中根据前人的工作并结合海陆地区新构造运动及其动力条件分析,对东部海域及邻区的现代构造应力场进行较深入的研究。该区现代构造应力场以水平至近于水平挤压作用为主要特征,压应力方向从北到南由NE逐渐转为NEE、EW、SEE至SE向,总体呈向东发散的扇形分布。构造应力作用强度具有非一致性,北强南弱。海域具有与大陆统一的现代构造应力场,相应可划为东北、华北和华南3个应力区。中国东部大陆和海域在青藏高原东部被印度板块挤出的构造块体往NE—SE方向滑动推挤及东边太平洋和菲律宾海板块向NWW俯冲推挡的共同作用下,形成现代构造应力场,且青藏高原东部被挤出块体东向滑动的推挤是现代构造应力场产生的主要动力。

常州地区地面沉降及地层压缩性研究

系统分析了常州地区地下水开采动态和地面沉降发生发展历史,概述了研究区地面沉降的框架,在此基础上,系统研究了常州市分层标从1984年至2002年的分层沉降资料。根据常州地区地下水含水层系统及土层特性,将研究区松散土层垂向划分为四个不同层次,分别研究了它们的压缩变形历时特性及其与累计地下水开采量的关系,研究了各自的应变特性。由于土层结构及物理力学性质的不同、地下水开采层次及强度的差异、土层不同应力历史的影响等诸多因素的综合效应,导致了地面沉降及分层压缩特性的显著差别。常州地区的主要压缩层为第II承压含水层的顶板弱透水层,与含水层距离近的土层变形量及应变量均较大,其次是第II承压含水层本身及其与第III承压含水层之间的弱透水层。地面沉降及地层压缩与地下水开采之间的滞后效应在常州地区表现得并不明显,这一点至少在月或年的时间尺度上是正确的。

大埋深高地应力关山隧道围岩变形破坏分析

甘肃省关山隧道是一条受高地应力影响的大埋深硬脆性闪长岩铁路隧道,位于青藏高原东北缘,构造活跃,运动速率较大,且方向变化显著的六盘山挤压隆升构造区。在隧道开挖过程中围岩变形破坏现象明显,围岩等级低于前期岩体质量分级,表现出强烈的岩体质量劣化和各向异性。针对该问题,除了采用矿物成分和微结构分析寻找原因,还通过现场结构面统计分析对围岩质量劣化和各向异性进行描述,同时运用自行研发的钻孔电视进一步分析开挖前后一定时间间隔内围岩的渐进式变形和破坏。钻孔电视试验结果表明,尽管闪长岩作为一种硬脆性岩体,单轴抗压强度(UCS)高于现场地应力值,但其变形和破坏却普遍发生,开挖过程中新生裂隙迅速发育,原先在高地应力下闭合的裂隙也会重新张开和发展,围岩劣化,稳定性降低。为了进一步分析围岩的变形破坏过程,设计了变压力大小和方向的单轴抗压试验,试验中闪长岩的单轴压力值低于单轴抗压强度,试验结果与钻孔电视试验观测结果吻合,证明了在开挖引起的地应力剧烈变化条件下硬脆性闪长岩结构劣化,存在变形破坏的可能性。在大埋深高地应力条件下,除了岩体的各向异性,地应力的变化也是硬脆性围岩稳定性的重要考量因素。

处理剂对泥页岩抗压强度影响的实验研究

从优选钻井液体系及配方的角度,弄清钻井液组分对抗压强度的影响规律,能为提高机械钻速和降低坍塌应力找到新的方法和思路。通过实验选取了不同浓度的无机盐、封堵剂、聚乙二醇配制各种体系的钻井液,应用三轴岩石强度测试仪RTR-1000测定各种体系浸泡前后岩石的抗压强度,考察了钻井液组分对抗压强度的影响。实验结果表明:在钻井液中,加入无机盐,大幅度提高了岩石的抗压强度值;加入封堵剂通过提供软化粒子,使岩石的残余强度增大,抗压强度增大;加入聚乙二醇,使岩石的抗压强度提高到与原样接近,封堵效果非常好,验证了浊点封堵能力的存在。通过实验和理论研究,获得了影响泥页岩抗压强度的因素和规律,得到了降低坍塌压力和提高钻速的新方法。

多孔并联式压风排水技术的研究及其在瓦斯抽采中的应用

针对下行钻孔在瓦斯抽采过程中积水排出难和排水效率低的问题,提出了一种多孔并联式压风排水技术。根据两相流理论得出压风排水适用的条件及排水管在钻孔内的最大允许长度,设计了基于"压风排水"的下行钻孔封孔工艺和多孔并联式的排水系统。在余吾煤业公司S2107高抽巷的应用表明:试验钻孔瓦斯抽采浓度最高可达71%,单孔平均瓦斯抽采纯量为0.078 m3/min,单孔平均瓦斯抽采纯量与普通抽采孔相比提高了3.39倍。该技术不仅解决了下行钻孔内积水难以排出的问题,还实现了封孔、排水和瓦斯抽采的一体化,提高了瓦斯抽采效果。

新疆钻孔应变异常与强震活动

在新疆钻孔应变 18年的观测期间 ,发生了 6级以上强震 17组 (次 ) ,其中 7级以上地震 5次 ,8级以上地震 1次。钻孔应变资料在 6 4%强震前记录到了异常变化。其中属于天山和塔里木地块周边的 15例强震中 ,在 11例地震前钻孔应变资料出现了异常 ,占全部强震的 73%。利用钻孔应变资料正确预报的地震数仅 4例 ,占全部强震的 2 3% ,占天山及塔里木地块周边地震数的 2 6 %。在这些强震中距离台站 2 5 0 km范围以内发生的地震有 7例 ,正确预报的有 4例 ,占 5 7%。

基于钻孔应力、应变连续实测资料研究新疆相对应力场

利用1985年以来新疆地区钻孔应力、应变连续观测资料研究相对应力场,研究结果表明,新疆地区相对应力场的主压应力方向近NS,呈现区域性分布特征。西昆仑中、西段近NS向,西昆仑东段、北天山、塔里木盆地西北缘为NNE向;南天山西部为NW向,南天山东部为NE向。新疆的压应力作用极强,剪应力作用较大,张应力作用较弱。应力量值有西大东小、南强北弱的特点;帕米尔弧与天山交汇的喀什地区主压应力值、剪应力值最大,北天山中部的石河子的主张应力值最大,乌鲁木齐的应力值最小;应力变化量值差别大,且在空间上呈现不均匀性。相对应力场的主压应力方向与区域构造线走向、山脉延展方向交角较大,表明新疆的山脉及构造主要受挤压应力的作用。

隧道光面爆破装药不耦合系数与岩石抗压强度关系分析

在爆破工程实践中,光面爆破参数的选取受到多种因素的影响。通过理论计算,研究了采用不同药卷直径岩石动态极限抗压强度与装药不耦合系数、炮孔直径和炮孔间距的关系,研究结果表明,对于不同岩石动态极限抗压强度,不同药卷应该选择不同的炮孔直径,研究结果对类似爆破设计有一定的参考价值。

基于后压浆管路的清孔方法及装置

后压浆管路经过设计改装,增加了三通接头、止回阀和等螺旋清孔器等装置,提出了与正循环清孔法结合使用的新工艺。此工艺实现了后压浆管路不仅能用于注浆,还能用于清孔。与传统的正循环法相比,明显提高了清孔效率,打破了正循环法只能用在中小直径桩的局限性。与气举反循环法相比,所需人工较少,施工更简单。此外,清孔完成后,等螺旋清孔器继续喷射压缩空气,清扫孔底,进一步巩固了清孔效果。新工艺在各方面都有显著优势,值得在桩基工程领域推广应用。

井地直流电法三维数值模拟中若干问题研究

讨论了地下垂直线源分段计算和场叠加的方法,并实现了在套管上供直流电的三维数值模拟。讨论了大型容量矩阵的压缩存储方式,采用数组和结构体相结合的方法实现容量矩阵的一维链表式压缩存储。在求解超大型稀疏线形方程组时引入不完全Cholesky分解稳定化的双共轭梯度算法(ICBG),通过与均匀半空间垂直线源解析解的对比,证明了该算法是准确可靠的。

煤岩水力压裂过程中钻孔应变发展特征的试验研究

为研究水力压裂过程中钻孔应变发展的特征,在不同应力条件下开展了钻孔水力压裂试验,测试分析了钻孔压裂段孔壁变形的规律。结果表明:在水压作用下,压裂段孔壁应变较为明显,存在拉伸和压缩2种类型,根据与水压的对应关系,2种应变曲线可分为4个发展阶段,即压裂管路排气阶段(应变小幅波动)、水压上升阶段(应变快速增加)、起裂延伸阶段(应变缓慢变化)和闭合阶段(应变急剧降低),其中压裂管路排气阶段对压缩应变的影响较小;拉伸应变的残余变形明显大于压缩变形,但压缩应变曲线与水压变化存在较好的一致性;孔壁应变是孔壁在水压作用下裂缝形成和扩展过程的表现。

超低渗透处理剂YHS-1的研制与表征

根据国外产品动态降滤失剂FLC2000的特点,研制和筛选出了AZ-1、GF-1、AX-1三种处理剂,然后按照m(AZ-1)∶m(GF-1)∶m(AX-1)=4∶5∶1的比例进行有机复配,研制出了超低渗透处理剂YHS-1。AX-1为该剂的主剂,它是通过用均相聚合的方法对植物衍生物AX进行疏水改性,合成出的性能优良的胶束聚合物。通过IR图谱证实,该聚合物已经成功接枝上疏水基团,采用高精度显微镜证实了聚合物胶束的存在;AZ-1是通过在木质素中引入少量—SO3–和—COO–基团使其活化而合成的,用以提高体系的井壁稳定能力;抗压辅剂GF-1是根据颗粒粒径的级配要求优选出的。性能测试结果表明,YHS-1的粒径分布和国外产品FLC2000相似,且其中压砂床渗透性能和抗压能力均优于FLC2000,对基浆流变性能影响不大,符合现场使用要求。400余口井的现场应用结果表明,YHS-1具有优良的井壁稳定和油层保护性能,能够提高地层的承压能力,可以进一步推广应用。

姑咱台压应变异常信号与汶川和芦山等地震的关系研究

对2007~2014年姑咱台应变仪第一分量的分钟值原始观测曲线进行研究。结果表明,其日、月异常合计幅值、频次和时间均在汶川地震前显著增加,日、月累加值曲线相应快速上升,2008年以后速率明显放缓,前后相差最大可达10倍、9倍和4倍,与汶川地震表现出较强的对应关系。但之后发生芦山和康定地震时,这一过程并未重现。根据龙门山一带地应力实地测量结果和视应力分析结果,对该现象进行一定程度的解释。

矿井空气调节编制背景及解读

介绍了国内外矿井空调系统的发展历史及井下热环境参数的规定。讨论了矿井空气调节规定的必要性及主要系统形式,以及矿井空气调节冷热负荷计算、系统设计、空调设备选型等。解读了井筒保温的主要条文。

金鼎钨钼矿露天台阶深孔爆破参数优化

为解决金鼎钨钼矿生产中存在的大块率过高、根底残留等问题,通过力学实验研究、数值模拟和现场试验,对该露天台阶深孔爆破参数进行优化。通过常规三轴试验研究,得到了该矿岩力学参数和矿岩性质,确定其矿岩炸药单耗0.68 kg/m^3;运用ANSYS/LS-DYNA软件对爆破参数进行优化,以炮孔密集系数m为变量,通过比较坡底、坡顶有效应力与岩石的动抗拉强度,判断相应炮孔密集系数下矿岩的爆破效果。结果表明:当炮孔密集系数m=1.5时,坡底和坡顶岩石均被破坏,大块明显减少,振动危害也小,达到预期爆破效果。将优化后的爆破参数(孔径d=20 cm,炸药单耗q=0.68 kg/m^3,炮孔密集系数m=1.5,孔排距为600 cm×400 cm)应用于生产现场,爆破效果大为改善,大块率低于5%。可以为类似极硬岩矿山提供参考经验。

岩石压应力传递系数计算及影响机制

钻孔应变观测是地壳岩石应变相对测量的主要方法,对其附加应力场的研究,可以有效分析岩石压应力向探头的传递过程,可对应变仪有关力学参数的设计和观测数据的物理解释提供帮助。考虑到外加应力在岩石、水泥和仪器钢筒等3层介质中传递的实际情况,根据弹性力学中的厚壁圆筒方程,推导轴对称应力作用下岩石压应力的传递系数公式,分析影响机制,并给出有关变化规律曲线和定量指标。

基于ABAQUS的井壁强化数值模拟研究

近年来,井壁强化技术已成为国外钻井工程中提高地层承压能力的重要手段。以ABAQUS软件为平台,建立二维井壁强化模型,通过数值模拟方法探讨了井壁强化作用机理及影响因素。结果表明,封堵材料在裂缝中架桥后,挤压两侧地层,使井周应力增加,且在低角度（0～30°）范围内,周应力增量最大;周应力重新分布后,地层破裂压力提高,且易破裂点的位置发生偏移;在一定裂缝开度范围内,裂缝开度越大,表明对裂缝两侧地层挤压越严重,强化井壁的效果越明显。地应力各向异性、封堵架桥位置及井眼压力对周应力影响较大,应力各向异性越严重,井眼压力越大,架桥后周应力增量越大;封堵材料在距离井壁越近的位置架桥,在一定范围内强化井壁的效果越明显,随着架桥位置逐渐靠近缝尖,强化井壁的作用逐渐减弱。

凝析气井井筒动态分析方法及软件研制

常规凝析气井井筒动态分析仍多沿用单相气井的节点分析进行经验修正的方法去近似分析,忽略了井筒中流体相态变化和组成变化的影响。特别对于富凝析气井,更应该考虑井筒中相态变化的影响。文章在常规方法基础上,按流态的不同综合利用垂直管流公式,根据井筒内气液比高低将凝析气井井筒动态分析分为高气液比和低气液比两种情况,结合流体相平衡热力学闪蒸计算,运用状态方程模拟,对其中的偏差因子、气液界面张力、粘度等进行修正,该预测方法就比常规方法更适用于凝析气井。同时根据文章给出的凝析气井井筒动态预测方法和计算模型,采用VB语言结合Access数据库,编制了相应的凝析气井井筒动态计算软件包,运用该软件,可以准确预测凝析气井的井筒动态,改善数值模拟一体化动态分析效果。现场应用取得了较好的效果。