碳酸盐岩地层漏失规律研究

碳酸盐岩在沉积/成岩过程中由于受到化学溶蚀作用,发育包括溶孔、溶洞和裂缝在内的多种类型漏失通道,导致漏失成为安全高效钻井的首要挑战。以S油田N组巨厚碳酸盐岩地层为研究对象,综合测井和录井解释成果,建立了溶孔、溶洞和裂缝不同类型的等效物理模型。通过采用将离散裂缝嵌入变渗透率基质中的方法建立钻井液漏失流-固耦合数学模型,并采用有限元方法进行求解,系统对比分析不同漏失通道条件下的钻井液漏速和漏量的变化特征,以及钻井液参数对漏失的影响。研究结果表明,漏失通道类型是影响漏失的主控因素,漏失程度与溶洞渗透率大小成正相关,且易引发失反性漏失。裂缝宽度和溶蚀半径也对漏速和漏量影响较大,但二者存在阈值,当达到一定极限时漏速和漏量趋于平缓。漏失通道组合越复杂,漏失越严重。钻井液密度与漏失程度成正相关。建立的数值模型可为溶孔-溶洞-裂缝型碳酸盐岩漏失规律理论研究提供新的思路,为安全高效钻井提供理论支持。

山西五家沟煤矿深孔强制放顶爆破方案设计

本文通过对山西五家沟煤矿回采工作面工程概况和地质水文状况进行分析,应用深孔爆破强制放顶技术原理,合理设计出该矿回采工作面的深孔爆破方案,后期又设计出新型分段式装药爆破试验方法,为安全高效地完成该矿的生产任务提供了有力的技术支持。

深部急倾斜薄矿体中深孔爆破夹制力量化分析

在深部急倾斜薄矿体中深孔爆破过程中,由于围岩的夹制力作用,在生产实践过程中往往存在“爆不开”或“爆太开”的情况,从而导致采矿损失贫化大等问题。针对某矿山的开采技术条件,基于PFC 2D数值模拟软件对深部急倾斜中深孔爆破过程进行数值模拟,量化分析深部急倾斜薄矿体中深孔爆破过程中有无围岩夹制力对爆破效果的影响,确定炮孔直径为65 mm,排距(抵抗线)为1.6 m。现场应用表明:爆破后效果良好,大块率较低,矿石贫化率为15%,采矿损失率为5%,炸药单耗为0.6 kg/t,数值模拟结果与现场爆破效果相近,相应的爆破参数可指导现场生产。

浅孔诱导落矿小分段空场采矿法在某金矿的应用

针对某金矿矿岩节理裂隙发育、矿体稳固性差、采准工程掘进与支护困难、回采安全性差等问题,在局部矿体破碎区域开展了浅孔诱导落矿小分段空场采矿法试验研究,利用矿岩本身的力学特性和受人为工程控制的崩落应力场来崩落破碎矿石。详细介绍了该方法的采场结构参数,采切工程布置、拉底切割和落矿等工艺。现场应用表明:采用该方法开采,采场生产能力达127 t/d,采矿损失率为9.2%,矿石贫化率为14.6%,取得了较好的效果,对于该类矿体的安全高效回采具有一定的借鉴意义。

基于Aegis的无底柱分段崩落法中深孔爆破过程模拟与应用

无底柱分段崩落法因其回采效率高、结构简单、安全性高等优势被广泛应用于地下金属矿开采,其落矿方式常采用中深孔爆破。针对传统无底柱分段崩落法中深孔爆破设计过程繁琐、模拟效果不够直观等问题,开展了基于爆破设计与分析软件Aegis的中深孔爆破过程模拟与应用研究。首先介绍了该软件的模块构成和功能,并梳理和总结了模拟分析流程;其次研究了利用模型边界限制爆破空间以及利用爆炸能量的交错状态校验孔网参数的两项关键技术;最后基于该软件对某地下矿山无底柱分段崩落法中深孔爆破进行了数值模拟。研究结果表明:单排炮孔内爆炸能量集中且充盈了整个爆腔,连续耦合的装药结构以及0.3 kg/t的炸药单耗设计较为合理;临排炮孔间爆腔壁呈相切的状态,可能存在排间能量不足以完全破碎岩体的情况,2.2 m的炮孔排距稍大;预测的多条进路爆破块度质量分布结果均出现大块占比偏高的情况,与现场的工程实践结果一致,并以其中一次爆破后的爆堆照片为例进行说明,其大块率达到了18.03%。结合Aegis软件的模拟结果,分析炮孔排距偏大可能是导致大块率偏高的主要原因。此外还对实验分段的6个开采进路进行了12次爆破试验并加以模拟验证,得到了基本一致的爆破块度质量占比结果,有效佐证了该软件的现场应用效能。

上软下硬地层近距离下穿既有盾构区间注浆加固关键技术

依托广州某新建大直径盾构隧道下穿既有盾构区间项目,研究了在富水花岗岩地层中复杂周边环境条件下的地层加固技术以及下穿过程中的关键施工措施。结合施工条件,对新建盾构区间采取水平定向钻注浆、先行洞预留注浆孔注浆、盾构机超前注浆结合的主动注浆方式;对既有线进行预注浆加固的被动注浆方式。施工过程中,采用控制掘进参数、渣土改良、同步克泥效等控制手段,保证了盾构下穿过程的顺利进行。

龙岩市非煤矿山顶板事故分析与管理措施

顶板事故在非煤地下矿山事故中占比最多,顶板管理是非煤地下矿山安全管理的重点和难点。统计分析龙岩市2008—2023年共15a的顶板事故情况,总结非煤矿山顶板事故的特点。研究得出,矿井爆破工艺技术水平低及在大暴露空间下进行作业是顶板事故原因。提出改善措施,将中深孔爆破分段崩落采矿法代替空场法,但受到矿石价格影响,该方法成本高,当前可行性低;通过推广应用凿岩台车、撬毛台车等机械工具,严格控制井下采掘作业空间宽度和高度等措施,加强顶板管理,努力实现顶板零事故。

大采高工作面末采深孔预注浆加固技术

针对寺河矿大采高工作面末采期间煤壁片帮冒顶问题,对寺河矿5303工作面超前支承压力分布规律、深孔预注浆加固机理、合理注浆加固时机进行了深入分析,通过优选注浆材料及工艺,提出了超前深孔预注浆、撤架通道预注浆、工作面浅孔注浆耦合加固方案。实践表明,深孔预注浆加固方案的应用效果良好,末采期间煤帮基本保持平整,未出现大范围、大深度的片帮现象,工作面最后15 m仅用3 d时间便顺利回采完成,有效确保了支架回撤期间生产的安全性。

石板坑石灰石矿阶段束状孔落矿连续开采新技术探讨

地下矿山阶段束状孔落矿连续开采新技术主要应用的是束状孔当量球形药包大量落矿采矿技术和矿岩诱导崩落技术,再合理安排采矿工序、采场回采顺序来实现地下连续开采、高强度集中采矿。基于石板坑水泥用石灰石矿床条件,对该地下矿山阶段束状孔落矿连续开采新技术的开采技术条件进行分析,同时,与原分段矿房采矿法进行技术经济对比分析,认为阶段束状孔落矿连续开采新技术可适用于Ⅰ类水泥用石灰石矿床和岩溶不发育的Ⅱ类水泥用石灰石矿床,同时指出该开采技术的关键工艺和要点。

低水压掏穴扩孔技术在卸压增透钻孔中的应用

为解决煤矿井下卸压增透钻孔掏穴施工过程中需要配套高压泥浆泵的问题,提出了低水压掏穴扩孔技术。该技术配套开发了双通道掏穴装置、双通道钻杆及双通道送水器等成套技术装备。该技术在朱仙庄煤矿进行现场应用,结果表明,该技术能够在水压2~3 MPa条件下实现卸压增透钻孔“钻进-掏穴”一体化施工,为煤矿煤层卸压增透提供了新的技术方案。

桩基础岩溶(土)洞处理施工技术

桩基础工程建设项目,由于岩溶(土)洞的发育,容易导致工程质量事故,为保证桩基础设施安全,质量、进度、成本目标可控,在实际的工作中,选用较为成熟的袖阀管注浆处理技术,通过地勘资料的分析,明确溶(土)洞的发育区域,合理布置注浆孔与排气孔的位置与深度,选取合适的注浆参数及工艺,能有效解决岩溶引发的危害。该方法可用于喀斯特地貌地区一定规模的溶(土)洞地基处理。

垮落带和导水裂隙带发育高度实测

在考虑顶板条件进行理论计算的基础上,使用新设备——双端堵水器进行现场实测,利用井下仰上孔分段注水测漏技术方法,更加精确地研究了A煤矿9+10#煤垮落带和导水裂隙带高度发育规律,均达到了较好的效果,为工作面布置与防治水工作提供了重要的参考依据,保证了矿井安全高效生产。

综放工作面“以孔代巷”瓦斯治理技术应用

针对王家岭矿采煤工作面“厚煤层、高产量、瓦斯低含量”的特点,拟定采用顶板走向长钻孔代替高抽巷的瓦斯治理技术。以该矿18103工作面为工程实例,通过施工定向顶板走向长钻孔进行抽采试验,以验证“以孔代巷”瓦斯治理的可行性及有效性,应用取得显著效果。

松软突出煤层钻进困难的原因分析

在分析煤层深孔钻进困难原因的基础上,提出"钻穴"概念,分析了"钻穴"对钻进的影响。在分析"钻穴"类型及成因的基础上,建立"钻穴"内流体排渣模型,采用数学方法,分析钻孔深度和"钻穴"的关系。结果表明:在纯流体排渣情况下,松软、突出煤层的钻孔深度几乎与钻机动力大小无关,而取决于危害型"钻穴"的发生位置和"钻穴"的体积大小。基于对"钻穴"的新认识,提出流体与机械协同排渣的新观点,以此克服或减轻"钻穴"的危害,并发明了"双动力低螺旋钻杆"。

阿根廷圣豪尔赫湾油田复杂地层防塌钻井液技术

阿根廷圣豪尔赫湾油田二开钻遇地层以泥岩和凝灰岩为主,地层破碎且微裂缝发育,岩石中蒙脱石和石英含量高,水敏性强,在应用BIOCAT钻井液钻进二开井段时井塌频繁,井径扩大率超过100%,每年有2~4口井因井塌而报废。为此,优选防塌抑制性能强的SRIPE-inhibitor系列抑制剂代替BIOCAT抑制剂,并添加非渗透剂SMT3、弹性石墨和碳酸钙等封堵材料,形成了非渗透强抑制防塌钻井液。室内抑制性能评价结果表明,非渗透强抑制防塌钻井液比BIOCAT钻井液具有更强的防塌抑制性能,膨胀率降低10百分点以上,回收率提高60~70百分点,坍塌周期延长1倍。阿根廷圣豪尔赫湾油田24口井应用了非渗透强抑制防塌钻井液,与应用BIOCAT钻井液的邻井相比,井塌明显减少,二开井段井径扩大率由100%降至10%,钻井周期缩短15%,钻井成本降低10%。这表明,非渗透强抑制防塌钻井液可解决阿根廷圣豪尔赫湾油田二开井段井壁失稳的问题。

深孔预裂爆破强制放顶技术的研究与应用

针对顾桥矿坚厚硬顶板会出现大面积悬顶的情况,且大面积悬露的顶板突然断裂后有压倒支架、产生强冲击瓦斯风暴的可能性,故在顾桥矿1123(1)工作面实施深孔预裂爆破弱化坚硬顶板技术的研究。通过试验表明:顾桥矿1123(1)工作面在实施深孔预裂爆破弱化坚硬顶板后,顶板的初次垮落步距从预测的45-50m减小到27.3m左右,支柱承受压力在可以接受范围内,未出现顶板强烈来压压倒支架的情况;回风巷中瓦斯浓度控制在0.6%以下,抽采瓦斯量稳定在70m3/min,未出现瓦斯超限和煤与瓦斯突出的情况。

硬脆性泥页岩井壁稳定剂的研究

针对辽河油田双南等地区井壁不稳定问题，研制了一种硬脆性泥页岩井壁稳定剂──ＪＨＳ。这是一种含阴、阳、非离子和有机硅等基因的多元共聚物。室内研究结果表明，ＪＨＳ对辽河油田沙河街组硬脆性泥页岩具有很好的稳定性能，其２４ｈ径向膨胀率较稳定剂Ｋ－ＰＡＭ等可降低１０％左右，热滚回收率较Ｋ—ＰＡＭ等约提高１０％以上。

聚铝胺盐防塌钻井液研究与应用

为解决吉林油田伊通、大安等区块软泥岩和硬脆性泥岩地层坍塌的问题,从聚胺盐与聚铝盐的抑制防塌机理出发,将两者复配,以发挥两者的协同效应提高钻井液的抑制防塌性能,结合吉林油田软泥岩和硬脆性泥岩地层钻井工程实际情况,通过试验优选其他添加剂及加量,优选出了具有强抑制性的聚铝胺盐防塌钻井液配方,其配方为2.0%钠基膨润土+2.0%封堵剂聚铝盐PAC-1+3.0%抑制剂聚胺盐HPA+1.0%降滤失剂SMP-1+1.5%降滤失剂APC-026+2.0%抑制剂磺化沥青+pH值调节剂NaOH。性能评价结果表明:强水敏泥岩在聚铝胺盐防塌钻井液中的一次回收率为75%、膨胀率为17.4%;聚铝胺盐防塌钻井液能抗15%NaCl和1%CaCl2污染,耐150℃高温。14口井的现场应用表明:聚铝胺盐防塌钻井液的抑制性和封堵能力强,能有效防止泥岩坍塌,解决了吉林油田伊通、大安等区块泥岩地层钻井过程中因井壁坍塌和缩径造成的掉块、起下钻遇阻等问题。

适用于煤层的新型完井技术——裸眼洞穴完井技术

对煤层气开发中所应用的裸眼洞穴完井技术的作用机理进行了分析，给出了洞穴周围地层的应力分布状态，引出了几个相关的公式，对洞穴完井的应用提出了几个有益的建议。

塔河油田三开井段井壁稳定分析及实践

在对塔河油田已钻井资料分析的基础上,分析了井壁失稳的主要原因。利用井壁稳定分析技术,通过对孔隙压力、地应力、地层强度特性的分析,结合测井资料处理确定了该油田安全钻井液密度窗口,并成功应用于该油田TK431井的钻井作业中。现场应用表明,该技术有效避免和减少了井下复杂情况的发生,提高了钻井效率.为钻井工程设计、现场钻井液密度的合理调整和实现安全快速钻进提供了科学的依据。