煤矿倾斜地层瞬变电磁加权横向约束反演

传统的单点一维反演是煤矿瞬变电磁数据处理与解释应用最广泛的技术方法,然而,实际地层往往存在一定倾角,当地层倾角较大时,基于单点水平层状模型的一维反演方法将不再适用,无法准确还原倾斜地层的电性分布特征。为此,针对煤矿瞬变电磁探测点距小、沉积地层地下电性结构相对连续的特点,本文采用加权横向约束反演(weighted laterally-constrained inversion,WLCI)方法,将相邻测点地电参数的差异作为约束项加入目标函数,对层界面的深度进行约束,同时引入加权因子控制约束强度,反演过程尽可能使相邻测点反演剖面具有横向的连续性以及纵向的光滑性。首先,阐述了瞬变电磁一维正、反演原理,并对WLCI计算过程进行了详细介绍。然后,建立了2组不同倾斜角度的H型与K型模型进行测试,分析加权因子对反演结果的影响。与传统的一维反演结果相比,WLCI通过建立层参数和深度加权约束方程并合成总的反演方程,是一种拟二维的反演方法,反演的电阻率剖面横向及纵向连续性好,与实际模型的吻合度较高,验证了反演方法的有效性。最后,实测数据的反演结果显示,WLCI可以准确还原倾斜地层的电性分布,反演结果与实际地质资料吻合。

缓倾斜地层倾角对钻孔疏放水影响的数值模拟

针对缓倾斜地层中地层倾角对钻孔疏放水的影响,通过建立缓倾斜地层与仰斜钻孔组合地下水数值模型,在设定倾斜钻孔为定流量井边界与定水头井边界排水条件下,模拟分析含水层水位、排水量动态。结果表明:高水压富水含水层疏放初期,当含水层能够排出水量受钻孔排水能力限制保持定流量排水时,倾角较大的含水层水压不易疏降;一般情况含水层经短期疏放,在钻孔位置水压降至其位置高程而保持定水头井排水时,倾角较大的含水层排水量更大,含水层水压疏放更显著;当地层倾角达到25°时,地层倾角对钻孔疏放水的影响明显化。

各向异性倾斜地层双侧向测井响应数值模拟

利用三维有限元法,模拟了电性各向异性倾斜沉积岩层的双侧向测井响应。模拟结果表明:双侧向测井响应不仅受到地层倾角的影响,而且还受到地层电性各向异性的影响。在水平地层条件下,双侧向测井响应主要受到层理方向上地层电阻率的影响;在倾斜地层条件下,垂向上的地层电阻率对测井响应的影响增大。电性各向异性倾斜地层不仅造成电阻率曲线形态的变化,而且深、浅电阻率幅度差异更为复杂,给利用深、浅电阻率幅度差异定性识别油气层造成困难。

倾斜地层中的井孔声场研究

研究声波在倾斜充液井孔中的传播对于声波测井数据处理和解释具有重要意义.应用三维交错网格有限差分方法模拟了处于倾斜各向同性分层地层中的井孔声场.首先,针对均匀地层中单极子声源在裸眼井中激发的声场,将有限差分的结果和实轴积分法的结果进行对比验证.然后,采用单极子和偶极子两种声源,针对地层分界面和井轴间的不同倾角,计算了相应的声场分布和井轴上的接收波形.数值计算的结果表明,当声源处于倾斜分界面以下,即处于快速(下方)地层,接收器处于倾斜分界面以上(慢速)地层时,随着地层倾斜角度的加大,测得的慢度值从接近上方慢速地层值逐渐减小直至接近下方快速地层的值.任何源距情况下测得的首波慢度均小于上方地层实际的纵波慢度.并且,慢度与源距的关系曲线随源距的加大逐渐平缓.用偶极子声源激发得到的横波慢度与纵波结果相同,并表现得比纵波对倾角的改变更敏感.上述结论在本文中用声场快照和利用合成接收波列的慢度计算得以清楚显示,并且用射线声学理论验证.

中高渗倾斜地层与水平地层中CO2地质封存的差异性对比

CO2地质封存是减少CO2向大气排放,缓解温室效应的有效手段之一。由于构造和成岩作用,倾斜地层在自然界中普遍存在,研究倾斜地层对CO2封存量及安全性的影响具有实际意义。依托新疆准噶尔盆地阜康凹陷某CO2地质封存示范工程,采用数值模拟方法,分析了中高渗CO2储层地层倾角变化对CO2地质封存过程的影响。结果表明:CO2注入将导致近井区域地层压力显著升高;中高渗倾斜地层与水平地层相比,在地层压力分布、CO2侧向运移距离、CO2注入速率和总封存量等方面均存在明显差异。相比于水平地层,由于地层倾角的存在,倾斜地层压力呈不对称分布,CO2侧向运移距离显著加大。倾斜地层中压力传递和消散过程与水平地层差异显著,受此影响,倾斜地层与水平地层CO2的总注入量差值随时间呈非单调性变化。在注入初期,倾斜地层CO2的总注入量小于水平地层,随着注入时间延长,倾斜地层CO2的总注入量逐渐接近并超过水平地层;注入20年后,相较于水平地层,倾斜地层倾角越大越有助于增加CO2的总注入量,这一研究结果与前人基于低渗倾斜地层的研究结论正好相反。地层倾角的存在会促进CO2向浅部运移,倾角越大,CO2向浅部含水层和大气泄露的风险越大。因此,在CO2地质封存场地选址中,应充分考虑倾斜地层对封存效率及安全性的影响。

倾斜地层地震液化和滑移的有限元分析

应用饱和多孔介质动力学分析倾斜地层的土壤动力非线性反应、液化和液化滑移问题，地下水位上的地层简化为单相介质层，饱和夹砂层看作是两相介质，水是可压缩的，采用双曲线非线性本构关系，考虑了砂土的剪胀性、刚度退化、滞回特性和上水相对运动等因素。基于土力学模型，建立了适用于分析非自由场地液化的动力方程组，基于是否考虑发生渗流问题，同时建立了两种离散形式：一种是以土骨架位移和水位移为未知量的矩阵方程，另一种是以土骨架位移、水位移和孔隙水压力为未知量的矩阵方程，初步分析了适用于多孔介质波动模拟的离散模型的人工边界问题，形成的方法将有助于问题的解决。

倾斜地层井眼剪切滑移破坏的计算

应用井眼稳定力学理论和H -B非线性准则 ,建立了井眼围岩力学滑移破坏方程 .采用迭代方法和编制的VB - 5计算机程序进行了计算 ,并绘制了倾斜地层中井眼围岩发生剪切滑移破坏典型的关系曲线 .结果表明∶原地应力、地层倾角和岩石力学特性等参数是影响井眼滑移破坏的重要因素 .在给定条件下 ,径向坐标与井眼半径的比越大 ,越容易发生滑移破坏 .在坐标幅角为 6 0°,2 4 0°时 ,滑移半径最小 ,在坐标幅角为 0°(36 0°) ,180°时 ,滑移半径最大 .支撑力随岩石的抗压强度增大而减小 ,随瞬时摩擦角的增加而增大 .

急倾斜地层中古岩溶陷落柱的形成机理及识别

通过对10余年来生产实践资料的总结和分析,阐述了急倾斜地层中古岩溶陷落柱这一特殊地质现象的存在和形成机理,并对现场识别中容易导致误判的“诱误因素”逐一进行重点阐明,提出了现场识别的工作方法。拓展了古岩溶陷落柱的研究领域,并对实际生产有较强的指导性。

螺杆马达在极倾斜地层中的应用

针对云南宣威华泽项目施工钻孔地层倾角极陡的情况,经过反复试验,探索出针对该地层的孔口定向+螺杆马达定向钻具的施工方法,及时完成了钻探施工,取得了很好的经济效果。介绍了螺杆马达在该矿区的应用及取得的效果。

高倾斜地层储层压力下降对储层及上部盐层套管等效应力的影响研究

储层压力下降引起的地层压实会导致上部盐层变形,再加上地层倾斜的影响,进一步加剧了盐层套管的损坏。针对这一技术难题,采用FLAC3D有限差分软件建立了上部盐岩、下部储层的套管-水泥环-倾斜地层三维模型,研究了不同倾角地层储层压力下降对储层及上部盐层套管等效应力的影响。得出以下结论:由于分界面处岩性变化,导致界面附近套管等效应力变化剧烈;分界面以上(含盐层)套管等效应力大于分界面以下(含储层)套管等效应力;储层压力下降幅度一定,套管等效应力随地层倾角的增加而增加;地层倾角一定,随着储层压力下降幅度增加,当下降幅度低于20%时,套管等效应力增加缓慢;下降幅度超过20%,套管等效应力增加剧烈。将该方法应用于中国西部某油田db204井盐下储层压力衰竭分析,完善了盐层套管设计理论,为盐层井筒完整性提供了有力的保障。

多结构面倾斜地层滑坡形成机制及治理研究

通过对某煤矿斜井上方滑坡的应急勘察,结合滑体岩土工程地质条件,对岩层层面、裂隙面等结构面作投影分析,评价各向结构面的稳定性,确定基岩岩层面在裂隙的切割下,形成楔形滑动的发育机制。确定区内的地层结构、人类活动和水、地震的作用是引发滑坡灾害的主要影响因素,并制定滑坡治理方案,解除对煤矿斜井、重要机房、安全生产指挥中心的重大威胁隐患。

倾斜地层巷道锚杆-拱架联合支护破坏特征及控制对策

为明确倾斜地层巷道锚杆-拱架支护失效机理,寻求围岩变形控制对策,以典型案例为工程背景,利用FLAC3D锚杆-拱架精细化模拟平台,开展了不同地层倾角下的直墙半圆形巷道锚杆-拱架联合支护数值试验。结果表明:①地层倾斜对巷道变形影响显著,围岩以及锚杆、拱架的破坏情况具有明显的非对称性,且岩层倾向巷帮变形较严重;②巷道顶板沉降和巷帮内移受地层倾角影响较小,但巷道底鼓随倾角增大而显著增大。针对失效关键部位与变形破坏特征,以20°倾角为例,进一步开展了3种优化方案数值模拟对比分析。结果显示,通过增大锚杆直径取得的支护效果并不显著,拱腿仍率先屈曲变形进而造成整体失效,而关键部位锁拱锚杆的施加提高了拱架结构整体性。基于此提出倾斜地层巷道单侧锁拱等非对称支护对策,并得到现场验证。

下覆倾斜地层软土桩-网复合地基破坏机理试验

为研究嵌岩桩和摩擦桩同时存在下桩-网复合地基的破坏机理,以浙江沿海某高速铁路工段为背景,基于典型断面开展相似比尺为1∶100的土工离心机模型试验,分析下覆倾斜地层软土桩-网复合地基的变形特征及破坏模式.结果表明:路堤顶面的竖向、水平位移主要发生在施工阶段及工后静置阶段,且进入运营阶段后亦有明显发展,路堤顶面竖向沉降差随运营时间的推移逐渐增长;复合地基的沉降呈非对称分布,形成一个偏向下覆倾斜地层斜坡向下一侧的不对称沉降盆;在上部荷载作用下,复合地基的沉降主要由下卧层的压缩、桩体的向上向下刺入及桩体倾倒或横移3部分组成;桩顶水平位移沿下覆地层斜坡向下方向逐渐增大并伴随不同程度的淤泥质黏土绕流破坏,桩顶竖向位移呈现偏向下覆地层斜坡向下一侧的不对称“V”字型分布;嵌岩桩的潜在破坏模式为弯拉或弯剪破坏,斜坡桩的潜在破坏模式为弯剪或倾倒破坏,摩擦桩的潜在破坏模式为倾倒及横移破坏.通过试验可知,采用等长桩的桩网复合结构对下覆倾斜地层软土地基进行处理是不合理的,将威胁高铁的安全运营.此外,对此类既有铁路地基的维护及有效加固措施亟待进一步研究.

倾斜地层的VSP时深标定研究

针对VSP时深关系与偏移剖面对比时经常需要进行调整的情况,本文以理论时深关系为标准,通过VSP时深关系、偏移剖面与理论时深关系的对比研究,分析了VSP、偏移剖面与理论时深关系的差别所在。以渤海油田CYQ构造已钻井实测VSP数据和VSP正演结果为实例对比分析了倾斜地层VSP和偏移剖面对时深标定的影响。

基于波动方程正演的倾斜地层VSP走时差异分析

VSP时深关系是构造圈闭勘探中联系时间域地震剖面和深度域钻井、测井资料的桥梁,大量基于偏移地震剖面的岩性圈闭勘探实践使得VSP时深关系曾经被忽视的精度问题暴露出来,时深标定者的"拉伸"操作也常常被质疑。针对地层倾斜这一影响地震波传播路径从而影响VSP传播时间的因素,研发了波动方程正演分析工具,实现了地层倾角对VSP传播时间影响的定量分析,并在渤海锦州M油田取得了良好的应用效果,从而为陡倾角地区时深标定工作中合理拉伸量的确定提供了参考依据。

倾斜地层条件下瞬变电磁一维反演的适应性研究

为了研究倾斜地层条件下瞬变电磁一维反演的适应性,以典型的K型和H型模型为基础,分析了倾斜地层条件下瞬变电磁的响应特征。发现K型倾斜地层的瞬变电磁响应在高阻层埋深较浅时早期响应幅值较小,随着高阻层埋深增大幅值逐渐增大,而H型模型的响应变化规律刚好与K型相反。进一步对4组不同倾斜角度的H型和K型模型进行瞬变电磁一维OCCAM反演,结果表明,在地层倾斜角度较大时,不管是H型还是K型模型的反演电阻率扭曲严重,反演结果均不能代表实际地层的电性特征;在地层倾角较小时,K型模型反演的高阻层电阻率随着埋深增大幅值逐渐减弱,而H型模型在地层倾角较小时,一维反演的结果与实际模型吻合度较高,这也说明一维反演对H型倾斜地层适应性更好。最后通过实测数据证明在小倾角地层条件下,只要能区分倾斜地层与局部异常体的反演电阻率特征,瞬变电磁一维反演仍然是适用的。

煤矿井下倾斜地层近水平定向钻孔造斜段轨迹设计

钻孔轨迹设计是煤矿井下近水平定向技术顺利实施的前提。在近水平地层中,该类钻孔轨迹设计一般采用二维方法,而在倾斜地层中二维设计方法存在造斜段钻孔穿出目标层的问题。基于此,对定向钻孔穿过岩层的真厚度计算方法进行了研究,提出了利用地层单位法向量计算穿层厚度的方法,并编制了Excel计算数据表,用于指导近水平定向钻孔造斜段轨迹设计。通过淮南潘四东煤矿太原组灰岩近水平定向钻孔造斜段施工的实际应用,验证了该计算方法的可靠性,较好地指导了工程施工,对类似工程问题具有一定指导意义。

绳索取心技术在倾斜地层煤田勘查中的应用分析

随着环境保护意识的增强和市场对优质煤炭需求的增加,中深部探矿工程日益增多,钻探中遇到的地层越来越复杂,小口径勘探施工难度越来越大。对内蒙古二道岭煤矿倾斜复杂地层煤田勘查中的绳索取心钻进技术工作效率和优缺点作了分析。结果表明,绳索取心技术钻具组合简单,性能可靠,使用方便;在倾斜地层中,绳索取心钻进技术钻效高,孔斜控制优势明显,取心完整性好,具有一定的推广应用价值。

考虑倾斜地层地震偏移的空间采样参数设计

地震数据采集中空间采样间隔是地震数据采集和处理的重要参数。常用的空间采样间隔计算公式只考虑反射波无假频采样,或只对偏移孔径内的绕射波无假频采样,未考虑倾斜地层偏移成像空间采样的要求。为此,从地震偏移成像的实质和倾斜地层绕射波场的分布特征出发,通过建立倾斜地层反射波时距方程,根据地震波同相叠加原理推导出满足倾斜地层偏移成像的空间采样间隔计算公式,并且分析了不同地层倾角面向地震成像的空间采样间隔计算公式,为地震数据采集设计和偏移成像提供了可靠的空间采样参数选择依据。

神经网络反演倾斜地层阵列感应测井数据

该文提出一种处理直井和斜井阵列感应测井数据的新方法。这种方法对每-子阵列数据进行单独的人工神经网络(ANN)处理，得到可靠的不同探测深度的地层真正电阻率，这些结果垂直分辨率互相匹配，将它们结合起来可探测和定量计算侵入深度。众所周知，相对井轴地层倾角较大的井，对感应测井的解释非常困难。当相对倾角为0°时，地层中的感应电流不穿过层界面。随倾角增大，很大的一部分电流穿过层界面。由于基础的物理机理发生变化，在地层边界处，测井仪器响应的非线性效应对大的角度反映很强烈，这使得测井解释很难进行。当相对倾角大于50°时，解释感应测井响应通常使用加强的反演计算法(如迭代正演反褶积法)。我们采用一种新的基于人工神经网络算法的处理方法，对线性和非线性响应都适用。对某一子阵列和某一倾角的神经网络算法的训练过程，是将合成测井曲线作为输入，恢复一组一维模拟地层的真电阻率，再用非训练组的一维合成测井曲线和反演的二维合成测井曲线及一些现场实测资料来测试前面得到的算法。综合所有子阵列的反演结果可以确定反演剖面。将人工神经网络ANN算法处理的野外测井资料与用其他方法处理的进行比较，结果说明这种新方法是可靠的，新方法的特点是处理速度快，每秒大约可处理l00ft，这些特点使其在井场进行实时处理很适用。