高水压高渗透砂性地层土压平衡盾构施工渣土改良技术研究

为防止福州地铁1号线上藤站—达道站区间土压平衡盾构在高水压高渗透砂性地层掘进时发生喷涌事故,采用纳基膨润土、CMC、聚丙烯酰胺等作为主要改良材料,开展系统渣土改良室内及现场试验工作,研究土压平衡盾构穿越高水压高渗透性地层渣土改良综合解决方案。结果表明:在单独使用某一种改良材料时,渣土改良效果并不明显;采用钠基膨润土-CMC混合浆液可改良渣土的和易性与渗透性,但在可用掺加比范围内无法满足坍落度要求;聚丙烯酰胺溶液与钠基膨润土-CMC混合浆液配合使用时,对过饱和中砂的和易性以及渗透性等改良效果显著;针对福州地铁区间段高水压高渗透砂性地层,可采用1∶10质量分数膨润土、5‰质量分数CMC混合浆液按照10∶2.5掺加比配合3%质量分数聚丙烯酰胺溶液按100∶5掺加比改良渣土,通过现场抽样检测,验证此渣土改良方案的有效性。

超大直径土压平衡盾构穿越高水压砂性地层土体改良技术研究

超大直径土压平衡盾构全断面穿越砂性地层时,会面临盾构推力及扭矩增大、土仓压力及螺旋机压力不稳、螺旋机喷涌导致开挖面失稳等风险,需要对开挖面土体进行改良。选取泡沫剂作为土体改良材料,通过试验揭示了泡沫剂不同发泡浓度、发泡率与泡沫寿命的关系,并且测定了改良后土体的物理及力学特性,建立了基于发泡材料的改良土体控制方法,形成了高风险开挖面土体改良技术,有效降低了高水压砂性地层盾构穿越施工风险,为同类型施工提供了技术参考。

高渗透、大孔道、裂缝性地层堵水剂的研制与应用

针对高渗透、大孔道、裂缝性这一特殊地层用一般堵剂封堵困难的问题 ,根据常规的化学堵剂的化学组成及存在的一些优缺点和相关的堵水机理 ,在室内研制出了一种新型的有机 -无机复合堵剂———JTD ,并考察了其性能。结果表明该堵剂具有好的油溶、酸溶以及成胶性 ,且对上述地层封堵强度高、堵效好 ,具有耐水冲刷性和选择性好等特点 ,其浓度和挤入量越大 ,封堵效果越好。JTD在新疆油田 85 0 63井进行了应用 。

高水压作用对海工高性能混凝土氯离子渗透性的影响

通过对海工高性能混凝土氯离子渗透性的研究,发现高水压作用不会明显改变混凝土内部的氯离子分布规律,但在压力作用的有效影响深度内会提高混凝土的氯离子含量。

深埋高围压高水压下低渗透岩石的渗透特性

为了探讨深埋高围压条件下低渗透岩石的渗透特性,取锦屏二级水电站大理岩试样分别进行不同围压条件下全应力—应变过程渗流试验。根据试验结果分析得出:岩石渗透系数变化与体积变形密切相关。因此,采用变形相关的渗透系数来研究岩石在破坏前后不同阶段的渗透系数与体积应变的关系。对于低渗透岩石,在峰前阶段渗透系数变化不明显,峰后破坏阶段渗透系数显著增大。高围压使岩石破坏延迟,岩石峰前阶段的低渗透特性表现的更持久。用变形相关的渗透系数模拟岩体流—固耦合问题更符合实际工程。

注浆止水技术在高水压强渗透地层盾尾刷更换施工中的应用

盾尾密封的完整性和可靠性对于盾构施工安全极其重要。当盾尾刷出现损坏时,要及时进行更换,而进行盾尾刷更换的关键在于地层中地下水的封堵。文章以南京纬三路过江通道N线工程为例,结合高水压强渗透地层盾尾刷更换施工的特点和要求,采用了改进的注浆止水技术。一是通过加强同步注浆,形成第一道止水体系;二是采用增设预留孔的两环特殊管片,对盾尾区域进行止水加固;三是在盾构B环注入聚氨酯形成止水带,防止前方泥水舱泥水后窜。通过采取多道措施形成一个厚度大、密实性高、且具有一定强度的完整止水体系,在无水的环境中成功更换了盾尾刷。

粗粒材料粒径及含量对高渗透性地层泥浆成膜效果的影响

泥水盾构工程遇到高渗透性地层时,会发生泥浆大量流失的情况,从而使泥膜形成困难,进而导致开挖面失稳,而粗粒材料的添加可有效改善泥膜难以形成的情况。为探究粗粒材料的添加对泥膜形成的影响,选用密度小的蛭石作为粗粒材料,通过改变其粒径和含量(体积分数),在自制的泥浆渗透试验设备中开展泥浆渗透成膜试验。以滤失量和成膜时间作为评价指标,分析粒径与含量对成膜效果的影响,并提出合理的粗粒材料粒径范围。结果表明:1)地层平均孔径■对粗粒材料的添加具有参考意义,控制粗粒材料粒径在■/2~2■时有助于泥膜的形成,随着粗粒材料粒径的增大,成膜效果出现先增大后减小的现象;2)当粗粒材料含量在20%~40%时,含量越大,成膜效果越好,但随着含量继续增大,这种效应会减弱;3)当粗粒材料含量在20%~60%时,粗粒材料粒径的影响程度要大于含量,粒径的增大会削弱含量带来的增益效果;4)实际工程中建议主要考虑粗粒材料粒径的选择。

一种新的高渗透性地层中盾构隧道同步注浆浆液损失的多物理场模拟方法

为满足精细化分析的要求,首先建立了一种计算高渗透性饱和地层中盾构隧道同步注浆浆液渗流扩散的多物理场水力耦合模拟方法。该方法以基于连续介质力学的质量平衡方程描述浆液的运移,通过在质量平衡方程中引入了质量交换项来考虑浆液在土体孔隙中的淤堵及其引起的土体渗透特性的变化,并结合混合物系统的动量平衡来考虑多孔介质的水-力耦合过程。随后,通过ABAQUS二次开发,建立了一个新的7自由度平面应变单元,使得该方法可被应用于分析工程尺度的初边界值问题。最后,以一个典型的盾构隧道开挖与注浆过程为例,进行建模分析。结果表明,所提出的多物理场模拟方法可以实现对注浆及注浆后浆液压力、地面沉降以及浆液扩散范围的时空变化预测。研究还发现,当地层渗透系数大于1.0×10-6 m/s时,需考虑浆液在地层中的渗透流失;同时,浆液在土体孔隙中的淤堵会导致土体孔隙度及渗透性的降低,从而减少了浆液的进一步流失,但其对地层变形没有显著影响,因此在工程实际中,可不考虑浆液淤堵以分析浆液最大流失量及地层变形。

渗透性砂岩地层漏失压力预测模型

为了预测渗透性砂岩地层的漏失压力,提高钻井的安全性。根据塑性流体的本构方程和毛细管渗流理论,分析了钻井液(宾汉流体)在井壁泥饼带、地层侵入带和原地层孔隙中的流动特性,分别建立了井壁有无泥饼2种情况下的渗漏压力计算模型。利用建立的数学模型,对崖城13-1-A15井压力衰竭储层段的漏失压力进行了预测,结果表明:井壁上未形成泥饼时,漏失压力当量密度为0.613kg/L;井壁上形成厚度1mm、渗透率小于4×10-5 D的泥饼时,漏失压力当量密度可提高到1.21kg/L以上。崖城13-1-A15井钻井施工中,采用密度1.10kg/L的抗高温Versaclean油基钻井液,没有发生井漏。建立的渗透性砂岩地层漏失压力预测模型,可为渗透性砂岩地层安全钻井提供参考。

高渗透油层端部脱砂压裂技术研究

端部脱砂是一种能够在一定程度上控制缝长的特殊压裂技术,广泛运用于高渗透地层压裂改造。从理论到应用系统地介绍了高渗透油层端部脱砂压裂的脱砂过程、脱砂机理、裂缝的防砂机理,并给出了端部脱砂压裂滤失和裂缝数学模型及其求解方法,最后用实例说明该工艺的增产效果,并对工艺的实施提出了要求和建议。

利用PNS、RST测量的非弹性镁产额识别高渗透性碳酸盐岩地层

从常规裸眼测井曲线上分析为均质的巨厚碳酸盐地层，其渗透率实际上也许相差几个数量级。阿拉伯湾位于中白垩纪碳酸盐地层的厚储层就是这种情况。开采动态表明储层内存在一高渗透率或者叫“超K”层。这种层位的识别及其厚度的评价对该油田的有效开发是至关重要的，这就需要制定EOR（提高采收率法采油）方案以补偿产层压力的不足。通过与碳酸盐储层内的白云石化作用进行相关对比，可以提供这种层的位置、厚度及产生机理等信息。在白云石化作用过程中，镁离子替代钙离子会引起轻微收缩并产生微裂缝系统，并因此显著地增加体积平均渗透率。全谱PNS测量的最新进展已直接探测到镁元素，这种探测基于非弹性伽马谱中的极低能量峰值。在套管井或裸眼井环境下对镁的直接测量，能使我们定量地确定碳酸盐地层中的白云岩含量，使我们精确地确定岩性，而这些对今后开发方案的制定都是非常必要的。

白家海地区下侏罗统三工河组高分辨层序地层格架内岩性油气藏研究

下侏罗统三工河组为白家海地区油气勘探重要层系之一,层序地层格架存在争议,层内岩性油气藏的分布研究较少,阻碍侏罗系油气进一步勘探开发。在高分辨层序地层学理论指导下,通过对露头、岩心、地震及钻测井等资料分析,明确岩性油气藏在研究区时空分布特征。结果表明,三工河组划分为1个长期旋回,3个中期旋回及9个短期旋回;所建立的高分辨层序地层格架在区内等时对比应用较好。岩性油气藏发育受控于中期基准面旋回的演化,不同中期基准面旋回内储集砂体发育范围和叠置方式存在明显差异,造成岩性油气藏类型时空分布发生变化。其中,MSC1和MSC3有利于岩性油气藏的分布,推测靠近阜康凹陷附近,MSC2有利于形成大面积油气藏。

土压平衡盾构穿越高渗透砂层砂土改良技术

依托西安地铁一号线三期韩非路站—沣河森林公园站区间盾构隧道下穿沣河工程,通过数值模拟分析了盾构隧道施工过程中孔隙水压力变化特征及影响范围,明确了喷涌发生的条件,继而进行砂土改良试验,对工程现场砂土参数进行优化。结果表明:不管是隧道纵断面还是横断面,由上而下孔隙水压力均逐渐增大,纵向影响范围约9m,隧道横向孔隙水压力近似呈漏斗状分布,影响范围约26m;施工过程中螺旋出土器排土口处水头高度2.06 m、渗流量26.2 cm^(3)/s,两者均超过喷涌发生的临界值;采用钠基膨润土泥浆对砂土进行改良,膨润土泥浆与砂土的质量比为1∶7时,改良后砂土流动性能逐渐提高,黏聚力增大,内摩擦角减小,抗渗性能明显提升,能有效防止喷涌现象。综合考虑施工要求、经济性和现场应用效果,采用钠基膨润土作为砂土改良剂时,建议钠基膨润土与水的质量比取1∶9,且泥浆膨化时间在16~24h,钠基膨润土泥浆与砂土的质量比取1∶7。

砂性地层中自进式中空注浆锚杆承载特征试验研究及应用

自进式中空注浆锚杆是一种新型的多功能锚杆,应用在软弱、破碎、松散的岩层及边坡支护中有较好的效果。基于沿海地区砂性地层高透水性的特点,在桩锚边坡支护中采用自进式中空注浆锚杆,有效解决了此类工程中塌孔、流砂、注浆不饱满等难题。通过3根中空注浆锚杆的现场拉拔试验,研究了砂性地层中自进式中注浆锚杆的承载性能和变形特性。试验结果表明,锚杆的极限抗拔承载力达到210 k N,远大于设计承载力80 k N,位移均小于9 mm,能够满足工程需要。施工过程中,锚杆注浆压力可达1.9 MPa左右,注浆量比普通注浆锚杆稍大。

高渗滤砂管防砂提液机理

为更好地满足老油田注聚驱及后续水驱稳产需要,解决出砂加剧、提液困难的现状,在对比分析矿场高渗透滤砂管与其它防砂应用效果的基础上,研制了一种具有较高强度和渗透性的滤砂管.通过模拟挡砂装置开展了地层砂运移规律、浸入深度、产生的压降以及不同筛管挡砂、排砂效果对比,分析认为高渗滤防砂后环空无充填砾石,产生的井筒附加压降最小,同时自身结构设计上渗流面积大,有排砂通道结构,在油井生产初期能够形成适度防砂模式,避免了初期高浓度地层微粒及粘稠物在环空及滤砂管内产生堵塞.

对高渗透油气藏压裂提高油气井产能

本文论述了对高渗透率油气藏实施水力压裂的选井条件，测试压裂和压裂设计等。针对高渗透储层的特点，给出了一些在施工作业中应遵循的准则，通过介绍应用实例，分析了该项技术的应用效果。

珠江口盆地惠州凹陷HZ21区岩性地层油气藏分布特征

惠州凹陷经历了近几年对岩性油气藏勘探的实践和探索,认为层序-沉积-构造综合影响了岩性地层圈闭的分布。频繁的海平面变化,三角洲在盆地内的尖灭和相互叠置,砂体展布末端的局部构造抬升都是有利的影响因素。HZ21区位于惠州凹陷的东部,在珠江组沉积时期,珠江三角洲的前缘带向东披覆在东沙隆起的西倾斜坡带,在HZ21区形成三角洲前缘的砂体尖灭,海陆过渡时期的沉积特征和复杂的水动力条件使得前缘砂体受波浪和潮汐作用改造,形成北西—南东向展布的条带砂,快速尖灭的砂体展布形态和良好的物性使其成为该区岩性地层圈闭勘探的重点。结合高精度层序格架和沉积展布特征分析,认为K22low、K22up和K08low均为改造后的条带砂,是HZ21区重点勘探目标,K08up为三角洲前缘尖灭沉积,由于尖灭位置不易确定,该砂体具有一定的勘探风险。

北美冰碛性黏土地层的顶管掘进机研制

“冰碛”是指在冰川运动过程中,所携带和搬运的碎屑构成的堆积物。为了使顶管掘进机能有效应对北美地区冰碛性黏土地层地况,结合具体顶管施工工程,从“淤泥层用的泥水平衡顶管掘进机”与“针对冰碛性黏土层用的泥水平衡顶管掘进机”的研制思路出发进行论述,将两者进行对比,目的是使研制出的顶管掘进机能有效应对北美地区冰碛性黏土等复合地层。总结的施工经验可供类似工程项目借鉴。

富水砂卵石地层多管同步注浆止水施工技术

北京地铁19号线某区间隧道盾构始发井基坑地下水水位高、土层渗透系数大、底板下方无隔水层,降水难度大、水电资源浪费严重。因此,笔者以该盾构始发井注浆止水为依托,对富水高渗透性砂卵石地层多管同步注浆止水技术进行了探讨,通过方案设计、设备改良及施工质量控制等方面的分析研究,最终形成“盆式”止水帷幕,达到了良好的止水效果,确保了盾构始发井基坑干槽水施工,同时避免了因降水造成的水电资源的过度浪费,响应了国家水资源管理政策,企业信誉和社会效益显著。

采油工艺技术的突破性进展—顶端脱砂压裂技术

顶端脱砂压裂技术是近年来采油工艺技术的一个突破性进展，它打破了常规水力压裂的界限，大大拓宽了水力压裂技术的应用范围，顶端脱砂压裂技术不仅已成为中，高渗透油气层和不稳定软地层的有效增产和防砂措施，同时也成为一种新的完井方式，并被广泛采用，对于新区的开发，应用顶端脱砂压裂完井，可以最大限度地减少开发井数，可以最大限度地减少开发井数，降低生产成本，目前这种技术在国外若干类型的油田上应用。