基于克里金插值法的常压刀盘刀梁区域泥饼发育程度算法及应用研究

为解决刀盘结泥饼影响盾构施工进度的问题,以某泥水盾构刀盘为研究对象,展开对刀盘刀梁部位泥饼发育程度的研究,提出一种基于克里金插值法的常压刀盘刀梁区域泥饼发育程度算法,并进行应用案例研究。利用全刀盘布置温度传感器获取刀盘温度数据,选取线性插值扩展刀梁区域温度数据,运用克里金插值法进行全刀盘区域的温度仿真计算,结合空间和时间2个维度分析刀盘在正常掘进、外侧结泥饼及内侧结泥饼3种工况下的判断条件,提出分离相邻测温点正/负差值,以刀盘整体正/负差值之和呈现同方向变化作为泥饼发育初始环评判指标;结合所建温度场,引入从泥饼发育初始环到当前环的温度变化率总和作为泥饼发育程度评判指标。针对某大直径常压刀盘泥水盾构案例进行分析判定,对比采用反距离权重插值法、克里金插值法和扩展样本克里金插值法构建的3种温度场用于泥饼发育程度计算,结果表明扩展样本后的克里金插值法的适用性最强,并与工程实际情况进行对比,准确率达70.87%。

一种油基钻开液用延时泥饼解除液体系性能评价

针对常规强酸对油基钻开液泥饼解除不彻底等问题,自研一种温度相应型生酸材料,该材料在常温条件下几乎不反应,当达到储层温度后,会与淡水或盐水反应释放出H+,并以此材料为主剂,优选抑制剂,控制H+在储层下的释放速度,优选表面活性剂及加重材料,形成一种新型油基钻开液用延时泥饼解除液体系,可延时并解除可酸溶固相所形成泥饼,含10%生酸材料解除液体系综合性能评价结果表明:该延时泥饼解除液体系延时作用效果及泥饼解除效果明显,表面活性剂加量可影响该体系泥饼延迟时间及泥饼解除时间,可通过调节不同成分加量对泥饼解除时间进行调控,延时泥饼解除液体系处理后岩心渗透率恢复值可达到90%以上,具有良好的储层保护性能。

盾构机刀盘泥饼性能及机械臂攀附试验研究

由于泥饼的长期附着,盾构机刀盘和刀具工作负荷会逐渐增加,该状况常常使掘进参数出现突变,大大降低施工效率。盾构机泥饼人工清理困难。文中通过对试验室环境下制备泥饼的形成过程和机理进行分析,并对泥饼的物理性能进行测试。通过微型十字板剪切仪、固结试验及机械手臂对泥饼攀附试验研究了胶结强度对其力学性能的影响。研究发现泥饼式样呈现出中压缩性,初始胶结强度影响泥饼式样在剪切过程中的剪胀性,影响着泥饼的抗剪强度。泥饼式样的抗剪强度为85kPa时,机械手臂能够攀附在泥饼表面。因此爪尖数量的增加以及泥饼抗剪强度的提高,能够有效提高机械臂的攀附状态,进一步为机械手臂搭载清淤装备攀附泥饼提供了力学依据。

EPB盾构刀盘泥饼成因分析及评价模型构建

目前土压平衡(EPB)盾构机刀盘结泥饼的研究大都聚焦在单一因素上,缺少整体的、量化的评价标准,难以满足工程上对刀盘结泥饼的预测需求。针对以上问题,文中从地质条件、盾构选型、施工因素3个层面出发,系统总结了导致土压平衡盾构机刀盘泥饼形成的23个主要因素;将土压平衡盾构机在掘进过程中的刀盘结泥饼风险划分为4个等级:高风险、中风险、低风险和无风险。同时提出了结泥饼的风险因子量化标准,并结合层次分析法构建了土压平衡盾构的刀盘结泥饼风险评价模型;基于广州地铁14号线马创区间右线115-165环盾构隧道工程的掘进数据,计算出盾构机掘进过程中不同环的刀盘结泥饼风险程度,验证了刀盘结泥饼风险评价模型的预测性能。研究结果表明:结泥饼风险评价模型的23个影响因子中,以塑性指数、刀盘扭矩、液性指数、总推力的影响权重最大,启动扭矩的影响权重最小;结泥饼风险评价模型表现出了良好的预测性能,计算得到的结泥饼风险变化曲线与现场施工情况基本吻合;盾构掘进参数的变化能很好地反映掘进过程中泥饼的形成,其中总推力对泥饼产生最敏感,刀盘扭矩、土仓压力、推进速度和螺旋机转速的敏感度依次降低。研究成果可适用于类似工程中的土压平衡盾构机刀盘结泥饼的评价分析。

泥岩地层盾构渣土改良技术研究

依托成都轨道交通资阳线盾构工程穿越泥岩地层进行盾构防泥饼渣土改良方案研究和大量实践,分析了泥饼的形成过程和影响因素,并结合泥岩地层特性,提出了合理的渣土改良方案,包括用取改良材料、开展渣土改良试验、确定改良参数的范围,并根据现场实际情况进行修正,指出实施安全质量控制要点和掘进控制措施,可以有效预防盾构泥饼对掘进施工产生的负面影响。

复合地层盾构刀盘结泥饼的三种过程及防治措施

通过对复合地层盾构掘进过程中出现的结泥饼现象的深入分析,研究其形成的内外因素,推导出三种情况的结泥饼的过程和原因,通过对结泥饼成因的研究提出了盾构机渣土改良系统的微改造方案,形成了一套适应复合地层盾构掘进的渣土改良参数,从设备微改造、掘进工艺控制、添加剂使用等措施方面完善了复合地层盾构掘进的关键控制技术,以期对于类似工程有一定的借鉴意义。

北部湾深层深井油基钻井液研究及现场应用

为了缩短钻井周期以及提高井壁稳定,油基钻井液的护壁防塌性能可通过加入封堵剂来优化。本文以纳米SiO_(2)、N-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷和全氟辛基三甲氧基硅烷为原料制备一种纳米封堵剂,其粒径主要分布在10~200nm之间,其粒径较为集中,应用于钻井液中可降低泥饼渗透率,显著提高油基钻井液的封堵性能,降低滤失量,对储层渗透率影响较小。纳米封堵剂与油基钻井液具有良好的配伍性,提高油基钻井液的稳定性。本文研究的高性能油基钻井液成功应用于现场钻井,钻井过程中,纳米封堵剂的加入显著提高了起钻速度,缩短了现场钻井周期,封堵性能的提高使钻井液泥饼在裂缝和孔隙中进行有效封堵,井壁未出现掉块及剥落片。

大直径泥水平衡盾构辅助气压工法应用研究

辅助气压掘进工法在国内盾构施工中常被用于土压盾构掘进“上软下硬”地层和埋深较大、裂隙水发育的地层,以及富水、气密性好的复合地层。在泥水盾构掘进中采用辅助气压掘进工法的案例较少,本文结合河南城际铁路大直径盾构项目全断面黏土层气密性好等工程特点,尝试在黏土层掘进施工中采用泥水盾构辅助气压法掘进工法,应对刀盘结泥饼,使各项参数发生变化,导致结果恶化、施工效率降低等问题,有效降低了刀盘结泥饼的概率,提升了施工效率,为类似地层大直径泥水盾构施工提供了参考意义。

复合常压刀盘掘进措施应用研究

文章结合广州海珠湾隧道工程超大直径泥水平衡盾构机掘进实例,分析了复合常压刀盘在复杂红层地质的工程难点及应对措施,重点分析了刀盘结泥饼、滞排、排浆泵及采石箱堵塞,以及刀具磨损严重等问题产生的原因,对出现的问题提出相应解决措施并讨论了其应用效果,为后续在类似典型地层中的盾构施工提供参考和借鉴。

城市湖底超大直径盾构隧道施工重难点及关键技术探究——以武汉两湖隧道(南湖段)工程为例

针对超大直径盾构在岩溶强发育区、高黏性土和硬岩地层中的施工难题,依托武汉两湖隧道(南湖段)工程,通过现场勘探资料分析、文献调研以及专家咨询论证,总结归纳工程的施工重难点:1)盾构穿越岩溶强发育区施工风险高,极易发生盾构栽头与塌陷、突涌水等灾害;2)黏性地层盾构易结泥饼,造成盾构推力增大、掘进速率降低等问题;3)硬岩地层盾构刀盘易磨损,刀具易损坏,盾构掘进效率低;4)小曲线半径施工盾构姿态控制困难,导致隧道偏离设计轴线;5)大直径管片易上浮,致使管片错台、破损及渗漏。针对上述重难点问题,分析复杂地质条件下超大直径盾构选型技术,提出超大直径盾构穿越岩溶强发育区地层处理、高黏性地层超大直径盾构泥饼预防与处治、极硬岩地层超大直径盾构施工、小曲线半径盾构姿态控制和管片上浮预防等施工技术。

废弃钻井液脱出泥饼成分分析

随着油气田的不断开发,不可避免地会产生大量的废弃钻井泥浆。废弃泥浆经过处理,可脱出泥饼,而泥饼成分复杂,存在环保隐患。结合HL油田实际情况,通过X射线衍射仪方法分析出泥饼中固体颗粒成分,同时通过多参数分析仪、原子吸收光谱仪、BOD含量测定仪等研究废弃钻井液脱出泥饼的离子成分、含油性、聚合物含量、微生物含量等,分析了脱出泥饼的成分。结果表明:废弃泥浆脱出泥饼,其含水率较低,含油性较差,其主要以黏土矿物、石英、方解石等为主。泥饼滤液中钠、钙、钾、镁等阳离子含量高,含有少量的铅,并且微生物含量较少,不含聚合物。研究结果对进一步研究切实可行的废弃钻井液脱出泥饼综合利用方法、保护环境和资源利用具有重要意义。

高效聚合物钻井液泥饼润滑剂的研制及其作用机理分析

为改善井壁泥饼在水平井和大位移井钻进至中后期的润滑性,研发了一种能有效降低水平段摩阻的固体粉末状高效聚合物水基钻井液泥饼润滑剂RHGXJ-3(羧酸共聚物、针状硅酸盐、聚丙烯微粉质量比为10∶11∶2),通过测定泥饼黏滞系数、温度敏感性和钻井液配伍性,明确泥饼润滑剂RHGXJ-3的作用效果和适用条件,并结合SEM和XRD微观表征技术分析该泥饼润滑剂的润滑机理。研究结果表明,将泥饼润滑剂以0.9%的加量加入井浆并制得泥饼,静置1 min后测得的泥饼黏滞系数相较于加剂前从0.0966降为0.0496,泥饼润滑性提高了48.65%。温度敏感性测试结果表明该泥饼润滑剂的适用温度为30~120℃。该泥饼润滑剂与钻井液的配伍性良好,0.9%的加量下可将井浆的漏斗黏度由55 s降至39 s,井浆流动能力提升29.1%。该润滑剂够在泥饼表面和内部生成溶剂化水膜和凝胶类物质,通过填充空隙、提升压缩性等途径提高泥饼的润滑性,降低泥饼摩阻。与石墨和球状固体润滑剂相比,润滑剂RHGXJ-3的泥饼润滑效果更佳,是其它固体润滑剂的1.6~2.2倍,而使用成本则降低约50%。

高温高压条件下钻井液泥饼特征研究

钻井液滤失是一个时间长且复杂的过程,泥浆成分、地层压力、温度和渗透率是影响滤失行为的关键因素。随着在高温和高压区域钻进的深入,需引入预测滤液侵入和颗粒桥接的研究。通过在基础水基泥浆中添加重晶石和不同粒径大小的碳酸钙来研究颗粒桥接、滤液侵入和渗透性对其造成的影响。通过渗透率为15.9~653 mD的砂岩岩心在不同时间进行高温高压滤失测试的方式来模拟颗粒桥接效应。该研究还利用分析模型来计算使用不同混合设计的试验的泥饼渗透率。通过扫描电子显微镜(SEM)分析颗粒侵入随深度和时间的预期趋势。结果表明:碳酸钙颗粒大小与滤失损失成正相关,多孔介质的渗透性是影响累积滤失量的关键因素;重晶石将充填岩心中微孔隙,颗粒分布较为均匀且致密,使得岩心渗透率得以降低。本研究的结果可用于设计井筒强化流体,以减轻井眼稳定性和地层损害。

珠海隧道超大直径泥水盾构针对性设计研究

为解决珠海隧道工程中存在的高水压进舱作业、长距离基岩凸起段掘进、浅覆土软弱地层压力控制、刀盘结泥饼等施工难题,提出针对性设计方案。采用常压换刀刀盘及可更换刀具设计,提高高水压环境下的换刀作业安全性及换刀效率;采用主驱动具备伸缩功能的设计,方便常压刀盘在硬岩地层中滚刀更换;采用泥水舱和气垫舱底部设置多道冲刷喷口及破碎机搅动设计,降低盾构堵舱滞排的风险;采用气垫式泥水平衡盾构的设计,降低地表击穿或沉降的风险;采用单独的增压泵对刀盘进行大流量冲刷,减小刀盘结泥饼的概率。所采用的针对性设计在珠海隧道的施工过程中取得了良好的应用效果,明显提升了盾构地质适应性和施工安全性。

地下水厂泥饼的活化及其负载滤料去除水中氨

为了将富含锰(Mn)的地下水厂泥饼回收应用于催化氧化去除水中氨(NH_(4)^(+)-N),对泥饼催化氧化活性形成(简称活化)过程进行优化,探究活化泥饼除NH_(4)^(+)-N效能与机理,并考察其负载滤料实际运行效果.结果表明:活化的最优条件为每克泥饼投加1.5mg NH_(4)^(+)与0.5mgMn^(2+),NH_(4)^(+)-N去除速率最大可达0.243mg/(g·h).活化泥饼与挂膜形成的活性滤膜相比已形成了较高的催化氧化活性.活化泥饼对NH_(4)^(+)-N的去除过程符合一阶幂律动力学模型.在298.15K~318.15K,NH_(4)^(+)-N的催化氧化活化能为10.70kJ/mol.在滤柱实验中通入1.5mg/LNH_(4)^(+)-N,地下水及自来水的启动时间分别为9和13d,最大去除效率可达到93.5%和82.42%.通过SEM、EDS和XPS分析发现,活化过程使得泥饼表面形成丰富的孔隙并发生了锰氧化物(MnO_(x))沉积.推测活化泥饼除NH_(4)^(+)-N主要通过活化过程中锰自催化氧化形成MnO_(x),进而催化氧化氨形成硝氮,最终脱附去除.活化泥饼不含大肠杆菌等致病微生物且没有重金属析出风险,是一种经济高效且清洁环保的水处理材料.

高原冻土区低固相成膜剂钻井液配方优选

为解决在高原冻土层实施钻井勘探中出现井壁失稳坍塌及钻井液对储层侵害等问题,以氯化钠为抗冻剂、硅酸钠为成膜剂采用正交实验法进行室内实验,最终在多组钻井液配方中优选出两组抗低温成膜剂钻井液配方。在-5℃下使用的配方Z1(清水+15%NaCl+2.5%Na膨润土+1.5%Na-HPAN+0.3%XG+2%硅酸钠),在-10℃下使用的配方Z2(清水+20%NaCl+3.0%Na膨润土+1.5%Na-HPAN+0.4%XG+1.5%硅酸钠)。其主要性能指标是:AV值12.0,16.5 mPa·s;PV值9.0,13.0 mPa·s;YP值3.1,3.6 Pa;FL API值6.5 mL/30 min,6.3 mL/30 min。经对两组钻井液的流变参数测定及滤饼质量观测,两组配方均具有较好的流变性能并能形成致密有韧性的半透膜,故两组钻井液配方都满足在高原冻土层钻井勘探的使用要求。

准噶尔盆地西北缘哈山地区油藏夹层几何形态及空间散布建模

由于山前冲积扇储层内存在局部小范围的薄隔夹层,在前期油藏研究中建模精度仍有欠缺,不能有效预测薄隔夹层的空间分布,不利于SAGD布井,储层内部泥饼状夹层对稠油热采、蒸汽腔扩展有重要影响。因此,此次采用夹层野外露头数据统计、测井识别和精细地质建模方法,对夹层形态和分布展开专项研究。通过中小尺度夹层露头统计,发现夹层长度、厚度存在线性关系,找到几何和力学上证据,得到了泥饼状夹层长宽比的计算公式。从夹层分布上看,泥质夹层位于扇中、扇端沉积末期漫流沉积。由于温压变化,钙质沉淀和灰质夹层常见于大段砂泥岩性变化区域。通过比较夹层散布高精度模型可知,大尺度隔层分布集中,储层连通区较多。夹层空间散布高精度建模技术应用于SAGD双水平井部署时,需挑选连续厚度大于10 m区域,布井时避开夹层。

卵石土及泥岩侵入地层中泥浆配比试验研究

泥浆支护是泥水盾构实现安全掘进的关键,泥浆压力是否能快速有效地传递到开挖面将影响地层的稳定性控制,而泥浆的配比将直接影响泥浆压力的转化。为保证泥浆在卵石土及泥岩侵入地层中的支护效率,以成蒲铁路紫瑞隧道工程为依托,开展了一系列泥浆渗透成膜试验以确定泥浆的合理配比。研究结果表明:泥浆的配比对盾构掘进的效率有明显影响,密度和黏度偏小的泥浆会导致泥浆滤失量过大,泥浆压力不能及时形成;而密度和黏度偏大的泥浆会导致刀盘泥饼的产生,降低盾构掘进效率。通过泥浆渗透试验与现场实测,在有效成膜和防结泥饼之间确定了最佳的泥浆配比。该泥浆配比的确定及调整方案在现场取得了良好的效果,为泥水盾构在类似地层中施工提供参考。

哥伦比亚OMBU区块水平井泥饼清除技术研究

水平井是提高单井产量的一种有效开发方式,特别是对于稠油油藏其效果显著,一般单井产量能达到直井产量的3~5倍。水平井完井方式主要有固井射孔、三开悬挂筛管和二开筛管完井方式等,固井方式需要射孔打开地层,射孔费用高及水平段固井储层伤害严重等原因应用较少;裸眼筛管完井是目前国内外应用较多的完井方式,具有钻井周期短、成本低的特点。裸眼筛管完井方式投产前需要对井眼内的泥饼进行清除以获得好的产能,国内常用的方法是下入组合酸洗管柱泵入酸洗体系进行处理,该方法适用于水平段不长,酸洗后地层漏失量小易于返排的地层。对于哥伦比亚普图马约盆地OMBU区块长水平段水平井来说由于其地层压力低易漏失,该方法具有局限性。根据该区块特点提出了一种施工简单成本较低的处理方法即泥饼清除剂(MCR)方法。泥饼清除剂方法原理是采取浸泡方式溶解钻井泥浆体系中的高分子聚合物和屏蔽暂堵剂成分,从而达到疏通井眼和地层的作用,现场应用效果表明,该方法处理效果明显,施工风险小、无毒无污染且成本低廉,具有较好的应用前景。

盾构渣土泥饼消纳现状与资源化前景分析

城市地下轨道交通的快速发展带来了大量的盾构渣土,经筛分、压滤后可形成砂石等具有经济价值的产品,但同时渣土泥饼的资源化利用力度不足,传统的渣土泥饼处理方式稍显粗放、浪费资源。本文基于盾构渣土泥饼的岩土组成成分特点,综合分析了盾构渣土泥饼当前消纳与资源化利用的现状和存在的问题,对盾构渣土泥饼资源化利用的前景进行了展望。