采动力学与岩层控制关键理论及工程应用

研究岩体采动力学响应和岩层控制技术对促进煤炭安全高效开采、保障能源稳定供给具有重要意义,是实现煤炭资源科学开采的理论基础。矿山岩体灾害(围岩变形、冲击地压等)频发,其形成-演化-发生全过程与采动力演化分布、岩层运动、开采扰动和能量演化密切相关。基于实用矿山压力控制理论,提出并阐述了采场岩层控制进展与控制准则,建立了定量分析的力学模型和设计方法,发展了针对性的岩体灾害控制技术,并创新研制了配套试验研究装备。采动力学与岩层控制理论将岩层控制分为采场岩层控制和巷道围岩控制;提出控制或利用采动岩层运动改变致灾条件,给出“给定变形”和“限定变形”准则;调控“3S”因素准则(围岩应力环境、围岩结构属性、围岩支护结构)改变围岩自稳能力。以岩体灾害控制为目标,提出了以“应力主控”为核心的释能主控技术;建立了岩体灾害控制大小原理和弱面判据(安全系数K、冲击危险性系数U);研发了采场矿压机械模拟试验系统、采动力试验系统和蠕变及动力扰动冲击加载试验系统,实现了实验室尺度还原采动力作用下岩体变形-破裂-运动过程,为研究采动力作用下岩体力学响应提供了试验装备;分别从采场岩层控制、地质软岩巷道控制、工程软岩巷道控制及冲击地压控制4个方向进行了工程案例研究,相关研究成果在工程应用中得到了验证。

中国深层、超深层气藏开发关键技术与对策建议

中国在深层、超深层油气勘探开发方面已经取得了重要进展,中国石油天然气集团有限公司(以下简称中国石油)已在塔里木盆地和四川盆地建成两大深层、超深层天然气生产基地,但目前仍存在制约此类气藏高效开发的核心问题。为促进深层、超深层气藏实现高效开发,回顾了中国石油在不同类型深层、超深层典型气藏的开发实践历程,系统梳理了气藏开发过程中面临的问题与挑战,总结了气藏开发的关键技术,最后提出了深层、超深层气藏开发对策与建议。研究结果表明:①形成了深层、超深层岩溶型碳酸盐岩气藏小洞微缝储层量化表征技术和裂缝—孔隙型碎屑岩气藏多尺度裂缝动静态描述技术,实现了储层孔隙结构特征参数的量化表征和不同尺度裂缝的精细刻画与空间预测,提高了开发井的成功率,确保了储量高效动用;②形成了开发单元划分与水侵通道刻画技术和裂缝非均匀水侵动态评价技术,实现了不同开发阶段水侵动态评价和水侵状况准确预报,为不同开发单元制订差异化的开发技术政策奠定了基础;③建立了岩溶型碳酸盐岩气藏全生命周期递进式控水开发模式和裂缝—孔隙型碎屑岩气藏控排水协同提高采收率技术,实现了气藏均衡开发,整体提高了气藏采收率。结论认为,深层、超深层气藏地质、工程环境复杂,储层非均质性强,需进一步加强气藏前期评价、布井模式攻关、不同区块水侵规律等方面研究,且需做好气田群协同开发的整体研究。

四川盆地超深层钻完井技术进展及其对万米特深井的启示

四川盆地超深层海相碳酸盐岩油气资源丰富,是寻找特大型油气田、开拓油气增储上产新领域的重要方向,但超深层钻完井面临地层条件更加复杂、井筒环境更加极端等工程技术挑战。为进一步指导万米特深井的安全高效钻探,通过梳理超深层钻完井技术难点,系统总结了四川盆地超深层钻完井关键技术,并提出了下步钻完井技术的发展建议。研究结果表明:①形成的超深复杂地层三压力预测监测技术精确预测了复杂地层压力系统及地应力场分布,准确刻画断层、裂缝、溶洞等展布规律,结合非常用井身结构拓展技术,提高了井身结构设计应对复杂地层钻探的能力;②形成的钻—测—固—完全过程精细控压技术,解决了超深井、特殊复杂井钻井液安全密度窗口窄导致“溢漏共存”、固井质量低等难题;③研发的高效钻头与大扭矩螺杆、扭力冲击器等抗高温提速工具,解决了深部难钻地层钻井钻头易磨损、破岩效率低的工程难题;④研发的抗高温钻井液体系提升应对高温深井的钻井液技术保障能力,升级第二代韧性水泥,解决了工作液抗高温能力不足等难题,保障超深井建井质量。结论认为,超深层钻完井技术的发展与进步,使得深井钻深能力突破9000 m已经成为现实,形成的关键技术有力地支撑了四川盆地超深层油气资源的高效勘探开发,对于万米特深层科学钻探和油气增储上产新领域拓展具有重要技术支撑作用。

地质力学层定量划分方法及其超深层油气勘探开发应用

超深层油气高效勘探开发是当前全球能源地质研究关注的焦点,“地质力学层与油气勘探开发”是国际前沿研究领域,形成地质力学层的有效划分方法,对超深油气高效勘探和效益开发具有理论和实际意义。现今地应力状态影响天然裂缝有效性,裂缝发育分布影响岩石力学性质,而岩石力学性质又控制着现今地应力的分布,但当前“岩石力学层理论”不能完整涵盖三者之间耦合联系。为此,基于水平最小主应力、水平主应力差、弹性模量、现今地应力优势方位与天然裂缝走向的夹角、天然裂缝密度和应力集中系数等6种参数,构建储层地质力学层指标,形成一种地质力学层定量划分方法。基于塔里木盆地库车坳陷克拉苏构造带大北区块W井的实例分析,表明该井目的层白垩系巴什基奇克组垂向呈现强地质力学非均质性,储层地质力学层与气层发育段具有较好的对应关系。因此,借助地质力学层划分结果,可指导超深层油气甜点层段的优选。

铝土岩系和煤系地层中沉积黏土型锂矿床:研究现状与展望

沉积岩型锂矿是自然界中最主要的锂矿床之一,我国铝土岩系和煤系地层中沉积黏土型锂矿主要分布在扬子地块西南部和华北地块,该类型锂矿分布广、储量大,对其进行研究对破解我国未来锂资源困局具有重要意义。本文总结了我国铝土岩系和煤系地层中黏土型锂矿的分布状况,锂的赋存状态、来源,以及开发利用现状等方面的研究进展。锂的富集过程主要与风化-沉积作用及火山岩浆活动有关,锂主要来源于火山凝灰岩、早期形成的岩浆岩、黏土岩等富锂基底岩石。锂以锂绿泥石独立矿物或者类质同象/吸附在黏土矿物、三水铝石和勃姆石中。锂的提取流程与锂的赋存状态密切相关。随着实验及工业提锂技术的发展,该类型锂资源具有广阔的前景。

基于模式约束的油层单元智能自动对比方法——以渤海湾盆地史南油田史深100区块加积式地层对比为例

针对基于数据驱动的地层自动对比方法难以适应侧向沉积相变快及地层厚度差异大的油层单元自动对比这一问题,建立基于模式约束的油层单元智能自动对比方法。该方法提出在油层单元自动对比中引入知识驱动,采用地层发育模式约束油层单元自动对比过程,并将地层模式约束思想引入构建的相似性度量机及改进的条件约束动态时间规整算法,实现了对标志层及各油层单元界面的自动对比。渤海湾盆地史南油田史深100区块的应用表明:与人工对比结果相比,该方法标志层识别吻合率高于95.00%,油层单元识别平均吻合率达90.02%;与已有自动对比方法相比,油层单元识别平均吻合率提升约17个百分点,有效提高了油层单元自动对比精度。

深层煤岩气开发地面工程面临的挑战及对策建议

深层煤岩气指埋藏深度大于1500 m的煤层气资源,具有储层压力大、含气量高、游离气丰富等特点,开采难度大。近年来,中国在鄂尔多斯盆地大吉区块、沁水盆地晋中区块等深层煤岩气勘探开发取得重要新进展,深层煤岩气勘探开发展现了良好的潜力,但压裂用液量高、地面工艺配套复杂、整体投资较高等因素仍是制约此类非常规天然气高效开发的核心问题。为促进深层煤岩气的高效开发,根据目前已开发深层煤岩气试采取得的认识,充分结合已有试采井静态、动态资料,系统梳理了开发过程中地面工程面临的问题与挑战,并提出了针对深层煤岩气开发地面工程的对策与建议。研究结果表明:①深层煤岩气地面工程面临低成本水资源循环利用难度大、地面配套工艺复杂、建设投资高等方面的挑战。②根据深层煤岩气地面工程配套复杂、建设周期长、系统布局要求高等特点,创造性提出“五网同建、地面先行”的建设新模式;并构建差异化集输网、循环回用水网、绿色低碳配电网、安全高效数据网及统筹优化道路网,满足了深层煤岩气高效开发需求。③提出“前端功能模块化、后端功能集成化”设计新模式,井场按照撬装集成、组合拼接,下游站场按照立体布置、高度集成,充分适应了不同阶段煤岩气生产特征差异大的特点。结论认为,深层煤岩气开发需深入落实地上地下一体化建设模式,最大程度降低地面工程整体投资;新的地面工程建设模式体现了“高效、节能、安全、环保、智能”的理念,满足了深层煤岩气产业高质量发展的目标。

重复采动影响下含瓦斯岩层瓦斯运移规律

受重复采动影响,煤层邻近岩层中赋存的瓦斯解吸涌出,成为工作面瓦斯主要来源之一。为研究重复采动影响下含瓦斯岩层中瓦斯运移规律,以沙曲一矿5#煤及其邻近煤岩层为工程背景,在测定煤岩体瓦斯基础参数的基础上,通过数值模拟研究了重复采动影响下煤岩体卸压增透范围,得到了含瓦斯岩层渗透率的空间分布情况,进而对含瓦斯岩层瓦斯运移规律进行模拟。研究结果表明:邻近岩层中,L5灰岩层瓦斯赋存量最高,含量约为5#煤层的14.3%;重复采动导致煤岩体卸压程度增大,L5灰岩层卸压区分布在永久煤柱的边缘区;L5灰岩层卸压区内渗透率最高可达4.8×10^(-15)m^(2),为初始渗透率的7.7倍,高渗区域与卸压区域分布一致;L5灰岩层内赋存的瓦斯解吸并上涌至工作面,致使上隅角瓦斯浓度由6.1%升高至7.1%;受巷道通风影响,L5灰岩层瓦斯主要聚积在岩层后方与回风巷侧,是瓦斯抽采时应关注的重点区域。

基于采空区刚度演化的采场围岩稳定性分析

为研究采空区刚度对采场围岩稳定性的影响,采用PHASE 2D有限元软件建立3种采空区刚度数值模型,其中模型Ⅰ的采空区刚度最大,模型Ⅱ最小,模型Ⅲ居中,研究了工作面前方煤体塑性区的发展规律、直接顶下沉量、覆岩垂直位移和工作面支承压力变化规律。研究结果表明,当工作面推进150 m时,3种采空区刚度下的工作面前方煤体塑性区宽度分别为2.08 mm、3.56 mm和3.13 mm,采空区刚度越大,工作面煤体塑性区宽度越小;模型Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的直接顶最大下沉量分别为38.8 mm、106.6 mm和96.8 mm,覆岩垂直位移最大值为44.9 mm、148.3 mm和137.4 mm;随着工作面推进,工作面前方支承压力增高系数先增大后稳定,模型Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ支承压力增高系数峰值依次为2.1、3.7和3.4。分析认为,增大采空区刚度有利于降低工作面支承压力,提高采场围岩稳定性。

采动区煤层气井布置关键技术研究

在煤层开采过程中,岩层运动形成大量的裂隙可以作为瓦斯的流动通道。在采动区的合适位置布置煤层气井,可以保证煤层气开发的效果。结合了煤层开采岩层运动的规律,重点分析了在采动区布置煤层气井的关键因素。首先,分析了采动过程中煤层气富集有利区优选机理。其次,分析了采动过程中煤层气井的变形机理。最后,对煤层井的布置进行探讨。结果表明:采动区煤层气井应该布置在回风巷侧且地表沉降拐点连线和采场中心线之间的区域;为了保持煤层气井的稳定性,钻井应该采用二级结构和三级结构。

中国海油中深层油气田完井技术现状及展望

随着中国海洋石油工业的快速发展,海上中深层油气藏已成为油气资源最主要的接替区和增储上产的主战场。完井作为海上中深层油气田开发的关键环节,直接影响到油气井的生产能力和经济寿命,甚至关系到整个油气藏能否得到有效的开发。海上中深层油气藏存在岩性变化大、温度高、压力高等储层特点,导致油气井存在单井产能低、完井作业复杂、工期长、智能化水平不高等难题。总结了中国海油在中深层油气田注采一体化、增产生产一体化、射孔联作、增产改造、智能完井等方面取得的关键技术成果,分析了存在的问题与挑战,并在此基础上对海上中深层油气田完井技术的发展趋势进行了展望,以期为推动海上油田增储上产与高效开发提供借鉴。

大直径旋喷锚索在广州岩溶发育地区基坑工程中的应用研究

为研究大直径旋喷锚索在岩溶地区基坑工程中的应用效果,以广州市白云区某岩溶发育地区基坑工程为依托,详细分析了灌注桩+大直径旋喷锚索支护体系在岩溶发育地区中的设计方案和实施效果,同时对大直径旋喷锚索的施工工艺进行了现场优化。研究结果表明:采用现场优化工艺的大直径旋喷锚索的施工效率较常规工艺提高约32%。对于粉质黏土中的大直径旋喷锚索,要使其锚固体直径达到400 mm,则其单管旋喷压力需要达到20 MPa以上。灌注桩+大直径旋喷锚索基坑支护结构的深层水平位移和周边地面的沉降以及大直径旋喷锚索的抗拔力处于合理可控范围。采用灌注桩+大直径旋喷锚索作为岩溶发育地区基坑的支护结构是安全可靠的,研究成果可为广州地区类似基坑工程项目提供借鉴与参考。

中国石化深层、常压页岩气勘探开发进展与展望

近十几年以来,随着页岩气勘探开发理论技术水平的提高,我国实现了南方上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组海相页岩气商业化开发,并向深层、复杂构造区和新层系拓展。为进一步推动页岩气高效勘探开发,系统梳理了中国石化页岩气勘探开发新进展,并对国内页岩气发展趋势进行分析。研究结果表明:①高质量建成涪陵页岩气国家级示范区,创新形成了海相页岩气立体开发关键技术体系;②实现南川东胜、白马区块常压页岩气规模效益开发,构建了背斜型、单斜型、反向逆断层遮挡型、残留向斜型四种页岩气聚散模式,形成精细分区,差异化开发新模式,初步建成常压页岩气开发低成本技术体系;③初步落实川东南盆缘深层万亿方规模阵地,创新形成海相深层页岩气“超压富气”模式,初步形成4000~4500 m深层页岩气压裂技术体系;④相继在元坝、普光侏罗系,红星、普光二叠系、井研—犍为寒武系取得重大突破;⑤未来实现页岩气大突破和大发展离不开勘探开发理论技术的创新攻关,必须坚持勘探开发一体化、地质工程一体化、技术经济一体化,需要充分认识深层、常压、新层系页岩气地质特征的复杂性,还需要政策扶持等。

试析土耳其社会阶层变迁及其与政治发展的关系

研究分析土耳其社会各阶层变迁与在政治发展中的作用.研究认为,土耳其共和国成立近100年来,随着所有制结构和生产关系的不断变化,土耳其士农工商等主要社会阶层分化日益明显,阶层结构发生了重大变化,对土耳其政治参与、政党政治以及政治发展带来巨大影响.与此同时,土耳其伊斯兰教传统、发达的政党政治产生了独特的政教关系和军政关系;库尔德人问题时至今日仍未解决,成为土耳其政治发展的离心力之一.土耳其社会阶层变迁实质上体现了政治和社会发展进程中中心和边缘力量的较量,健康的社会分层状况和运行机制才有利于政治稳定和社会良性发展.

天津地区奥陶系热储层上覆地层对其储层特征影响分析

奥陶系热储层埋深浅、温度高、水质好,是天津市具有很大开发潜力的地热资源优质储层,经过多年钻井数据统计发现,不同地区的奥陶系热储层赋水差异非常大,其开发利用存在很大的潜在风险。为此,通过揭露奥陶系热储层的地热井资料分析对比,总结在不同上覆地层条件下,奥陶系热储层的出水能力、裂隙发育度、水化学类型、水动力条件、储层温度之间的差异性。研究结果表明:当上覆地层为新近系或中生界时,奥陶系储层裂隙比较发育,水动力条件优越,影响储层赋水性主要因素为风化淋滤作用,储层特征受区域构造影响;当上覆地层为石炭系时,奥陶系裂隙发育比较弱,影响储层赋水性主要因素为构造裂隙,地层赋水性差异很大。本文利用不同因素之间的耦合关系,分析了上覆地层对奥陶系热储层的特征影响,为地热开发利用提供可靠依据。

柴北缘东段及周缘侏罗系发育特征及其对构造活动的响应

为研究柴北缘东部及周缘侏罗系发育特征及其对构造活动的响应,笔者等基于柴北缘东段红山、霍布逊及德令哈凹陷侏罗系野外地质调查,通过地层接触关系追踪、二维地震资料解释以及岩性岩相突变特征分析,同时与中国西北地区其他典型的盆地侏罗系发育特征进行对比分析,研究表明,在中国西北多个板块的相互作用的构造背景之下,柴北缘东段燕山期构造运动Ⅰ幕发生在早—中侏罗世,以古地理与古构造环境较为均一、发育粗碎屑凹陷、每个凹陷内具有幕式沉积充填特征,与中国西北其他盆地对比,此幕构造运动波及面大,但强度较弱,推测与中国西北周边各板块碰撞造山之后的伸展作用相关;燕山期构造运动Ⅱ幕发生在晚侏罗世—早白垩世,此幕构造运动导致古地理与古构造环境向新的环境转变,以中—上侏罗统之间的角度不整合、白垩系及晚侏罗统的残缺不全为特征,推测与拉萨地块与欧亚板块碰撞以及蒙古—鄂霍茨克洋的关闭及Kolyma—Omolon地块的碰撞有关。

典型黄土阶地三类场地的隐伏地裂缝识别探讨

西安地裂缝因过量开采地下水、产生不均匀沉降而发育。其中,三类场地属于隐伏地裂缝发育区域。通过地质调查、工程地质钻探等手段,对典型黄土地层三类场地隐伏地裂缝进行调查及识别,确定了地裂缝的位置和走向。结果表明该段地裂缝与西安地区已探明的F3地裂缝高度拟合,建议工程建设中合理选择避让距离。研究可为西安地区典型黄土三类场地地裂缝勘察提供借鉴。

基于UDEC的保护层开采中覆岩移动规律的数值模拟与分析

本文利用UDEC3.0软件对近距离上保护层开采导致的覆岩移动及裂隙发育过程进行数值模拟。真实地反映了在开采保护层过程中覆岩移动及裂隙发育规律。利用UDEC3.0软件模拟煤层开采引起的覆层移动过程可以预知实际开采中瓦斯运移通道的动态分布,对防止瓦斯突出具有重要的指导意义。

高分辨率层序地层学在河流相油田开发中的应用

河流相是我国陆相盆地重要的油气储集层系类型之一,开发阶段应用高分辨率层序地层学进行河流相高精度小层划分,对于指导河道砂体的精细划分对比有重要意义。由于受到河流相地层自旋回沉积、沉积间歇面的作用、河型和砂体叠置样式的变化以及基准面旋回的级次的划分等复杂因素的影响,在开发阶段进行高精度层序对比时,难度更大。运用高分辨率层序地层学原理和方法,综合分析河流相模式的特点,充分利用河流相岩相、相序的组合特征随空容纳空间规律性变化,结合各种关键面的约束控制、油水界面在小层内部空间的分布位置以及河道的切割充填作用,进行精细河流相小层划分对比。旨在摸索一套油田开发中后期河流相高精度层序划分的思路和方法,以指导油田的生产开发。并以渤海Q油田明化镇组为例,在实际应用中取得了较好的效果。

细分层系技术在小断块油藏中的应用研究

为了解决老油田长期多油层合采引起的层间干扰和储量动用不均衡等问题,以油藏数值模拟方法为基础,首先运用层次分析法进行单因素影响研究,提出可量化的分层系数概念,然后利用灰色关联方法建立层系划分综合评价标准,形成量化的层系划分标准。该层系划分标准解决了传统的以单因素为基准划分层系过程中出现的划分结果相互交叉、不唯一的问题,有利于对储层进行正确的分类与评价。沙埝油田沙20西断块的油藏数值模拟研究结果表明,应用该方法可提高采收率3.1%,应用效果良好。