大型高速滑坡启程流体动力学机理研究

大型高速滑坡在启程活动阶段中,由于锁固段突然被剪断,高度集中的剪应力突然被释放,常出现孔隙水压力突然增大;同时,饱水的滑带由于强烈的高速摩擦,使滑面附近产生高温,并使滑带水突然汽化,产生巨大的水汽化压力;孔隙水压力与水汽化压力耦合,使作用在滑面上有效应力减小。这两种流体动力学现象是大型高速滑坡产生启程剧滑的重要原因。通过三轴剪切试验,探讨了滑带孔隙水压力与剪切速率的关系,导出了大型高速滑坡启程活动阶段滑带孔隙水压力的计算公式。详细地研究了大型高速滑坡启程活动阶段滑面瞬态温度场的变化规律,导出了滑面温度变化的方程式,计算了云南头寨沟滑坡启程活动阶段由于强烈高速摩擦产生热量的传导深度,进一步对该滑坡启程活动阶段滑带孔隙水汽化效应进行了研究。

固井早期气窜预测新方法及其应用

水泥浆静胶凝强度过渡时间是固井早期气窜的主要时期,但若初凝前发生较显著的塑性体积收缩,造成孔隙压力大幅度下降,井内压力出现较大程度欠平衡,引发气窜的可能性仍然很高。为此,基于初凝前套管、地层在井下的实际受力工况,建立了水泥浆凝固过程中的"套管—水泥浆—地层"物理模型,并求解得到了初凝前水泥浆塑性体积收缩与孔隙压力下降之间的解析关系。立足于该关系,在综合考虑水泥浆性能、井底温度、压力及套管力学性能等特定工况的前提下,建立了针对初凝前整个塑性态的固井早期气窜问题的气窜预测新方法,即把固井环空水泥浆初凝前的"有效液柱压力与启动压力之和大于地层孔隙压力"作为判别条件。最后,利用X区块2口井的资料进行了气窜风险预测分析,分析结果与施工结果一致。该方法可有效预测固井早期环空气窜风险,为针对性地调整水泥浆体系和措施,避免固井后井口环空带压,保障油气井固井质量和安全提供了分析依据。

汉源二蛮山高速滑坡启程阶段孔隙水压力效应分析

高速滑坡在启程滑动时锁固端突然剪断,剪应力释放导致滑带附近孔隙水压力突然增大,从而大大降低了有效应力,使滑坡具有很高的初始速度。以二蛮山滑坡为例,采取现场调查、室内试验与理论研究相结合的方法展开工作,分析了滑带土粒子破碎程度对孔隙水压力的影响,给出了滑坡启动时产生高孔隙水压力的条件;在理论研究的基础上,通过实地勘察,验证了二蛮山滑坡具备产生高孔隙水压力的条件。运用土力学和材料力学理论,导出了高速滑坡启程阶段孔隙水压力表达式,计算了二蛮山滑坡启程阶段的孔隙水压力,进一步研究了滑坡启程阶段的孔隙水压力效应。

可变形多孔介质中一维孔隙压力的生成

考虑到可变形多孔介质的渗透系数依赖于孔隙变形的特点，建立了一维孔隙压力生成的力学模型；用初始层校正法求出了摄动解；实例计算表明渗流的非线性对孔隙压力分布模式有明显影响。最后介绍了利用孔隙压力生成过程中．流出试样的非稳定流量确定可变形多孔介质渗透系数的方法。测试时间大大小于传统的稳定渗流方法．

基于多孔介质理论的油井水泥石破坏准则

水泥石是一种由水泥骨架和孔隙组成的多孔介质,井下水泥凝固水化后,孔隙中还会有自由水存在,并且与地层相通,所以水泥石力学行为会受到地层孔隙水压和外部载荷的影响。为进一步揭示油气井实际工况下水泥石的力学性能,引入多孔介质力学理论,对水泥石力学性能进行三轴力学实验研究,获得相关参数,从而确定了考虑孔隙水压的水泥石摩尔-库伦破坏准则。实验以嘉华油井水泥作为研究对象,通过改变围压、排水条件以及孔隙水压获得水泥石的各项力学参数。结果显示,孔隙水压是影响水泥石破坏强度的重要因素;不考虑多孔介质力学的水泥石摩尔-库伦准则模型为非线性;考虑多孔介质力学理论的水泥石摩尔-库伦包络线为线性并获得准则公式。