凸棱非平面聚晶金刚石齿的破岩机理及在含砾地层中的应用

为提高聚晶金刚石复合片(PDC)钻头在含砾、软硬交错等不均质地层中的抗冲击性能,开展了凸棱非平面PDC齿的研究。通过仿真和室内实验对比分析了凸棱非平面齿与常规平面齿的破岩机理。与平面齿相比,凸棱非平面齿与岩石的接触应力分布更均匀,切削破岩过程中的载荷波动幅度明显更小,切削稳定性更高。凸棱齿特殊的非平面结构改变了切削齿与岩石的互作用方式,在不均质地层得到成功应用。

南宁盆地特殊地层静压随钻跟管桩承载特性现场试验及数值模拟研究

随钻跟管桩(简称DPC桩)是一种钻孔-沉桩-排土同步进行的无泥浆排放的节能环保型大直径新型非挤土PHC管桩。为探究随钻跟管桩在南宁盆地特殊地层的适应性及承载特性,开展了现场原位试验、数值模拟分析,分析了这种新桩型的承载性能优势、桩侧摩阻力分布特征、荷载传递特性。得出如下结论:原位静载试验中,各试验桩荷载-沉降曲线呈缓变型,且承载性能均满足设计要求,桩身回弹率较高,各试验桩仍具有较大的承载潜力;桩身轴力沿桩身近似呈线性递减,桩端荷载约占桩顶荷载的20%~30%,桩侧摩阻力分担了70%~80%的桩顶荷载;桩侧摩阻力沿桩身深度分布均表现出了两头小、中间大的规律,随着荷载增加,桩侧摩阻力逐渐下移。可见,该桩型在南宁盆地特殊地层具有良好的适应性。

陡坡带深层砂砾岩体母岩类型差异机理及其对成岩演化的控制作用

勘探实践证实断陷盆地陡坡带深层砂砾岩母岩类型分布往往具有差异性。为探寻造成母岩类型差异分布的机理及其对砂砾岩成岩演化的控制作用,以渤海湾盆地车镇凹陷沙三下亚段为例,基于岩心、测井、地震及大量分析化验资料,研究砂砾岩母岩类型、母岩分布、母岩成因及成岩演化规律。结果表明:车镇凹陷沙三下亚段砂砾岩自西向东依次发育碳酸盐岩、混合型及长英质3种母岩类型,母岩类型的有序变化主要受控于剥蚀区埕子口凸起自西向东依次裸露下古生界碳酸盐岩、太古界变质岩的特点,根本上受剥蚀区西强东弱的构造抬升幅度影响;不同母岩类型砂砾岩岩屑成分的差异性不但决定着自身抗压实能力强弱差异,还影响着酸性溶蚀强度的差异;碳酸盐岩母岩抗压实能力弱但可溶于酸性流体的矿物多,有利储层主要分布在3200 m以浅;长英质母岩抗压实能力强但可溶于酸性流体的矿物少,有利储层主要分布在3800 m以浅;混合型母岩兼具较强抗压实能力与较多可溶于酸性流体矿物优势,有利储层底界深度可达4400 m。

绳索取心钻头在钾盐勘探的应用及优化技术——以JG-2井为例

JG-2井是中国地质科学院矿产资源研究所为进一步查明思茅盆地勐野井组钾盐资源而布置于景谷凹陷盆地的地质调查井,设计井深1800 m。全孔取心分别采用金刚石和PDC绳索取心工艺技术,施工中出现岩盐、泥岩、砂岩及泥砾岩互层频繁、反复交替,致使岩石可钻性及研磨性变化快,钻头机械钻速快-慢不均、泥包及岩心磨损严重等问题,对钻头选型带来较大的困难、影响了钻进效率。本文针对上述问题,分析总结了钻遇地层岩性特征和使用钻头类型、结构后,优选了八刀翼PDC绳索取心钻头类型、同时优化了孕镶金刚石钻头结构与钻进参数,改善泥浆流变及清洁性能,较好地解决了上述问题,提高了钻头时效及取心质量。最后终孔深度1829.44 m,终孔直径133 mm,钻获了直径≥78 mm的优质岩盐矿心,岩矿心平均采取率达到97.51%,为类似地质条件钾盐调查勘探提供一定的借鉴依据。

胶凝砂砾石坝在水库工程建设中的应用

为探索胶凝砂砾石坝在水库工程中应用的可行性及控制要点,对胶凝砂砾石材料性能展开试验,并对设计强度和配合比进行分析;进而对某中型水库工程中胶凝砂砾石坝的施工要点展开分析探讨。结果表明,胶凝砂砾石坝作为新坝型,其梯形断面应力更加均匀,在非常工况下抗剪断安全系数高,抗压强度大,施工速度快,施工质量好,综合投资也比传统坝型节省少,具有显著的经济效益、社会效益和环境效益。

胶凝砂砾石坝层面效应及其稳定性研究

以莆田萩芦溪西音水库工程拟建胶凝砂砾石坝为例,概化出静力刚体极限计算模型,并按建基面及不同高程处胶凝砂砾石填筑面进行坝体抗剪断系数与上下游垂直正应力计算分析。结果表明:同一水位荷载时,上游面垂直正应力随胶凝层面所处坝体高程位置升高而减小;当胶凝层面位置一定时,上游面垂直正应力随荷载水位升高而存在降低的趋势。坝基面抗剪断系数及坝踵处正应力随库水位升高而减小,坝趾处正应力随库水位升高而增大;工程建设及正常营运过程中,建议采取相应措施监测及检测胶凝砂砾石坝层面效应。

铁矿剥离废石与铁尾矿用作砂石骨料存在的问题及解决措施

综合统计全国与山西省铁矿床分布、成因、矿石特征及各类铁矿床剥离废石与尾矿特征,结合铁矿剥离废石与尾矿在混凝土中的应用研究进展,分析剥离废石与尾矿制备砂石骨料存在的问题并提出解决措施。

双护盾TBM小半径曲线掘进穿越破碎带施工技术

青岛4号线某区间采用双护盾TMB施工,该区间具有连续小曲线半径掘进、频繁穿越破碎带及穿越临近既有结构的特点,采取了超前地表及洞内注浆、豆砾石回填与灌浆、优化TBM设计和加强管片选型及安装等技术措施,监测结果显示地表和拱顶沉降符合安全容许值,隧道周边收敛速度有明显减缓趋势。说明采用的技术措施科学有效,实现了双护盾TBM穿越破碎带的围岩变形控制,为复杂地质条件的小半径曲线双护盾TBM施工提供了借鉴与参考。

基于FOA-RF算法的心墙砾石土压实质量预测模型

针对随机森林(RF)算法预测心墙砾石土压实质量存在决策树数量选取缺乏深入研究和忽视P0.075质量分数对压实质量影响的问题,提出了一种基于果蝇优化(FOA)算法的随机森林算法(FOA-RF算法),并构建了基于FOA-RF算法的心墙砾石土压实质量预测模型(FOA-RF模型)。该模型一方面通过对料源参数和干密度进行相关性分析,新增了P0.075质量分数作为模型的输入参数;另一方面利用FOA算法对随机森林进行优化,解决了RF算法难以取得决策树数量最优解、没有同时考虑决策树数量与随机特征数影响的问题。以西南某在建砾石土心墙堆石坝工程为例,分别应用基于传统RF、BP神经网络、多元线性回归的预测模型和FOA-RF模型进行压实质量预测。结果表明,FOA-RF模型在预测精度上具有优越性,并基于该模型开发压实质量预测模块,将该模块嵌入碾压质量实时监控系统中可实现压实质量的实时预测。

砾岩油藏压裂裂缝遇砾扩展行为机理

砾石的随机分布使砾岩储层具有高度非均质性,显著影响局部力学响应,难以控制和预测水力压裂裂缝的扩展。水力压裂裂缝的遇砾扩展机制仍不清楚,使得水力压裂的设计和有效实施充满挑战。基于全局黏聚力单元,在Abaqus平台建立了渗流-应力-损伤多场耦合的二维裂缝扩展模型;在细观尺度上将砾岩视为砾石、基质和胶结面组成的三相复合材料,进行压裂裂缝遇砾扩展行为机理研究。结果表明,水力裂缝遇砾发生穿砾、绕砾、穿砾且绕砾等现象;砾石的渗透性和弹性模量对裂缝遇砾行为影响的作用机理不同:砾石的低渗透性造成憋压现象,裂缝尖端流体压力提高了13%,水平与竖直方向有效应力分别减小了10.1%和12.8%;砾石的高弹性模量造成应力的屏蔽现象,裂缝尖端与砾石间的区域水平方向有效应力减小了5.8%。砾石的低渗透性与高弹性模量都会造成胶结面上发生剪应力集中,增加了胶结弱面破坏的可能性,造成裂缝遇砾发生偏转。

土石混合体大型直剪设备研发与应变锁骨强度特征试验研究

土石混合体是一种介于均质土体和碎裂岩体之间的特殊工程地质材料,在我国分布广泛。本文总结了国内外现有的主要大型直剪仪的设计参数与功能优势,在克服传统直剪试验中存在的正应力不恒定、垂直荷载偏心、剪切破坏面固定及液压系统不稳定等缺陷基础上,研发了基于多尺度、蠕变、冻融与渗流多物理场控制条件下的SRM-1000型电机伺服控制大型土工抗剪强度实验设备,实现了直剪试验、斜剪试验、叠剪试验、冻融循环试验等功能。分别采用不同含石量(0、30%、50%、70%)、不同颗粒尺寸(L1、L2、L3、L4)试样,在不同垂直压力(50 kPa、200 kPa、300 kPa、400 kPa)条件下开展了直剪变形与强度特性测试。采用铝丝监测了剪切带内块石间的力链结构特性,研究了块石压密、滑移、错动导致剪缩或剪胀的变化规律,揭示了不同条件下土石混合体的应变硬化与应变锁固强度特征。

循环剪切对格栅-土石混合体界面特性的影响

为了研究不同含石量下土石混合体-格栅界面的循环剪切特性,采用循环直剪仪,在不同的竖向应力、剪切位移幅值和剪切频率下进行了单调直剪试验、循环直剪试验和循环后单调直剪试验,探究了5种含石量(0%、25%、50%、75%、100%)、3种剪切位移幅值(1、3、6 mm)和3种剪切频率(0.2、1.0、2.0 Hz)对土石混合体-格栅界面的峰值剪切应力和体变规律的影响。试验结果表明,含石量在0%~75%之间时,随着含石量的增大,土石混合体-格栅界面的循环峰值剪切应力和最大剪切刚度均随之提高,最终竖向位移绝对值和最大阻尼比随之减小;含石量继续增大至100%,土石混合体-格栅界面的最大峰值剪切应力和最大剪切刚度均随之减小,最终竖向位移的绝对值和最大阻尼比随之增大。在同一含石量下,剪切位移幅值和剪切频率越大,界面最大峰值剪切应力和最终竖向位移绝对值也越大。与单调直剪试验相比,循环后单调直剪试验得到的内摩擦角和似黏聚力有所增加,含石量在0%~75%的范围内,内摩擦角和似黏聚力随含石量的增大而线性增加,含石量继续增加至100%,内摩擦角和似黏聚力随之减小。

基于混合优化算法的砂砾料面板堆石坝压实质量评价模型及工程应用研究

良好的压实质量评价模型是砂砾料面板堆石坝压实质量实时有效控制的关键。【目的】为改善现有模型的预测精度和泛化能力,【方法】依据新疆阿尔塔什混凝土面板堆石坝工程实例,采用主成分分析法优化数据样本空间,提出自适应差分进化算法与极限学习机相结合的混合优化算法,构建了基于混合优化算法的砂砾料面板堆石坝压实质量评价模型,并与现场实测结果以及其他模型预测结果进行对比分析。【结果】结果显示:该评价模型的预测结果与工程实际值的平均绝对误差MAE为0.00708,均方误差MSE为0.0000923,采用原始数据预测的MAE和MSE分别为0.0106、0.000223;与ELM、BP、RBF等模型对比显示,该评价模型预测结果与实测结果的皮尔逊相关系数为0.824,平均绝对百分比误差MAPE为0.62%,ELM、BP、RBF模型预测结果与实测结果的皮尔逊相关系数分别为0.447、0.43、0.556,MAPE分别为1.18%、1.59%、1.01%。【结论】结果表明:碾压参数、料源参数和气象参数是影响坝体压实质量的关键控制影响因子;通过主成分分析,降低了样本空间维度,提升了模型训练效率;与实测结果相比,该评价模型预测结果最优,相比于其他三类模型而言,误差减小了1倍;不同样本空间范围的预测结果曲线更加平滑,表明该评价模型预测结果更加稳定。相关研究成果可为面板堆石坝施工质量实时管控提供理论依据。

雷山县西江水库坝型比选与胶凝砂砾石坝的应用优势分析

胶凝砂砾石坝是介于传统重力式土石坝和混凝土坝之间的一种新坝型,其特点是采用胶凝材料与天然砂砾石拌和,使用高频率的土石方运输机械和压实机械施工,具有取材方便、施工便捷、经济环保等特点。文章以贵州省雷山县西江水库工程为例,从边坡开挖效果、防渗处理效果和料源问题三个方面,对比分析胶凝砂砾石坝与碾压混凝土重力坝、面板堆石坝,阐述了胶凝砂砾石坝在西江水库这类中小型水利工程中的应用优势,以此为类似工程提供参考。

渤中凹陷古潜山砂砾岩抗压强度和砾石含量与射孔弹穿深关系

渤中凹陷古潜山砂砾岩储层非均质性强、岩性致密,储层改造困难,为此开展了模拟储层复杂压力条件下穿砂砾岩靶的射孔试验,分析砂砾岩储层射孔穿深的主要影响因素。研究结果表明:相同条件下射孔弹在砂砾岩中穿深远小于砂岩,当砂砾岩石强度超过150 MPa后,超深穿透射孔弹在井下穿深小于200 mm,对目前国内外射孔弹能否有效穿透污染带存在较大挑战;随着砾石含量的提高,射孔穿深呈递减趋势,砾石含量每增加10%,平均穿深降低4.7%,岩石抗压强度和砾石含量是影响穿深的主要因素;由于砂砾岩储层岩性致密,岩石本身受应力影响较弱,对射孔孔道穿深影响较小。研究结果对砂砾岩储层射孔完井方案的优化设计具有一定的指导意义。

断陷湖盆陡坡带砂砾岩体沉积期次的划分技术

综合地震、测井及钻井信息,建立以三维地震资料的层序地层解释为基础,以岩心、成像测井资料作标定,以单井测井信号小波变换分析为核心的砾岩体沉积旋回划分技术。利用成像测井资料进行沉积旋回识别的关键在于合理实现"图像"与"岩相"的转换,并利用岩心资料对地层成像测井图像进行刻度,消除地质解释的多解性,建立不同类型的岩相模式。通过地震约束和岩心、成像测井标定下的测井信号多尺度、高分辨率的小波变换分析,可将一维测井信号变换到二维时频域,便能很好地反映信号的周期特征和局部异常,进而为砂砾岩体的旋回划分和内部结构解剖提供技术支持。对济阳拗陷车镇凹陷陡坡带古近系巨厚砂砾岩体的实际分析结果表明,该技术对于用生物化石或测井组合法难以进行地层划分和对比的砂砾岩发育区的沉积期次划分和内部结构解析具有较好的应用前景。

砂砾岩体内幕岩性识别方法初探——以东营凹陷盐家油田盐22断块砂砾岩体为例

东营坳陷盐家油田砂砾岩体为近物源、快速堆积的近岸水下扇沉积,扇体厚度大,横向变化快。巨厚砂砾岩体内部的精细地层划分对比一直是制约该区进一步勘探开发的难点。根据该区盐22断块砂砾岩体的沉积特征,首先运用测井曲线重构方法划分出砂砾岩体的砂砾岩段、泥岩段,剔去明显的非储层;其次运用聚类分析方法识别砂砾岩段的岩性构成。砂砾岩体内幕岩性划分结果与岩心资料比较吻合率为96.6%,与成像资料比较吻合率为96.2%。该方法为该区厚层砂砾岩体内部地层精细划分与对比提供了可靠的地质依据。

多波AVO分析在兴城地区的应用研究

随着多分量地震勘探技术的发展,多波AVO分析技术在识别储层特性、提高油气预测成功率方面受到人们的广泛关注。本文针对松辽盆地北部兴城地区的地质特点和油气勘探、开发需求,在XS1井井深3000m以下应用多波AVO分析技术进行砂砾岩、火山岩含气储层的识别研究。首先依据该井含气井段的实际井资料,建立了本区砂砾岩、火山岩含气储层的多波AVO模型,通过正演模拟,确立PP波和PS波在AVO道集上的特征。在此基础上,对过XS1井的M1地震测线进行多波AVO处理和分析,表明此法用于气层的识别结果与正演模拟结果一致,而且PS波AVO分析在识别该区气层方面比PP波具有更明显的优势。

土壤捡石机的研究进展

中国多数山区农田土壤中含有大量砾石,影响土壤的物理特性和水力特性,也影响作物播种、出苗和生长发育,同时给农田耕作和管理带来很大不便。目前在中国一般是采用人工捡拾办法将石块清出农田,劳动强度大、效率低下。针对上述问题,对国内外土壤捡石机的研究和应用现状、发展历史进行了研究,分析了典型土壤捡石机器分捡装置的工作原理,提出了适合中国山区农田特点的土壤捡石机研究方向和捡石机方案。

太79井砂砾岩储层大型压裂技术研究与实践

华北油田二连探区分布着大量的砂砾岩储层。砂砾岩储层与常规的砂岩储层岩性不同，缝高控制难，油气显示差，物性差，压力传导慢，储层岩石有一定的塑性特征，可动流体饱和度从极低到中等，反映储层的非均质性极强。压裂设计的主要目标是低伤害、造长缝和控缝高。经在太79井阿尔善组71～72号层上进行二连探区迄今为止规模最大的加砂压裂试验，成功加砂达75．02m^2，压后取得了明显效果，日产油达13．16m^2，比周围邻井高3倍以上，且不含水。太79井砂砾岩储层大型压裂及取得的良好效果，对类似储层的压裂改造，具有一定的现实指导性。