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。

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。

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。