鄂尔多斯盆地北部直罗组古河道砂体分布区矿井涌水模式

近十几年来,鄂尔多斯盆地北部煤矿开采频频受到了直罗组地下水的威胁,甚至出现了突水事故。区内以直罗组地下水为充水水源的大水矿井连片分布,且与直罗组古河道砂体关系密切。为阐释神府南区直罗组古河道砂体分布区矿井涌水模式,在直罗组古河道砂体空间分布及其对地下水赋存控制作用研究的基础上,从研究区尺度、井田尺度和工作面尺度,分析了直罗组古河道砂体与矿井涌水的关系,提出了直罗组古河道砂体下矿井涌水模式。结果表明:神府南区直罗组古河道冲刷带沿红碱淖—尔林兔—锦界一线发育,冲刷带内延安组第5段几乎被冲刷剥蚀殆尽,在局部地区延安组第4段也遭受了冲刷。根据砂分散体系分析和隔水岩组发育特征,将冲刷带内充填沉积的古河道砂体分为3级。直罗组古河道砂体富水性的强弱主要受控于砂体规模、物性特征和风化作用,一级砂体(主河道)区域富水性强于二级砂体(分支河道)及三级砂体(三角洲间湾、分流间湾)区域,当砂体遭受风化后,其富水性将进一步增强。基于不同尺度下砂体分级、风化砂体厚度与矿井涌水关系的分析,提出了研究区东部现阶段古河道砂体下生产矿井的3种涌水模式。强涌水模式,主要位于一级砂体分布区,风化砂体厚度一般≥30 m。中等涌水模式,主要位于一级砂体的边缘或二级砂体区域,风化砂体厚度一般10~30 m。弱涌水模式,主要位于三级砂体区域,风化砂体厚度一般<10 m。

煤矿斜井过动水砂层帷幕注浆扩散封堵机理及应用

我国西部煤矿斜井井筒在富水松散层段大多发生渗漏水现象,有时甚至存在涌水溃砂风险,影响煤矿安全生产。为科学指导斜井过动水砂层防治水工作,以曹家滩煤矿主副斜井过动水砂层帷幕注浆为工程背景,借助有限元数值模拟软件建立了动水砂层帷幕注浆扩散封堵模型,探究了煤矿斜井过动水砂层帷幕注浆扩散封堵机理,结合具体治理区域,优化了动水砂层帷幕注浆参数及工艺,并进行了现场效果检验。研究结果表明:随着动水流速和注浆压力的增大,浆液顺水流方向扩散特征明显;注浆压力0.5MPa,动水流速0.3m/s时,顺水流方向浆液扩散半径增至1.83m;随着帷幕内壁与井筒外壁间距的增大,井筒围岩变形破坏范围逐渐远离井筒外壁,治理区域间距设置应不小于12.5m;注浆参数及工艺优化后,主副斜井治理段水量分别衰减85.6%和82.7%,治理效果显著。本文研究成果有助于解决动水砂层斜井井筒渗漏水问题,保障斜井井筒安全运营,保护矿山地下水资源。

地铁隧道涌水涌砂诱发地面塌陷的大型模型试验研究

为研究地铁隧道涌水涌砂诱发地面塌陷的发生机理,研制水渗流作用下隧道大型模型试验系统,以青岛黄岛区地铁涌水涌砂灾害为例,再现了地铁隧道涌水涌砂诱发地面塌陷的灾害演化发生过程,进一步揭示涌水涌砂诱发地面塌陷的发生机理,在此基础上基于椭圆理论建立涌水涌砂过程中地面最大沉降值的理论预测公式。研究结果表明,地表变形与涌水涌砂具有良好的相关性和滞后性。在涌水涌砂诱发地面沉降过程中,地表变形将经历缓慢变形、急剧变形、地面坍塌3个阶段。地表缓慢变形阶段,灾害影响范围内地表位移缓慢增加,土体土压力及黏土层内测点渗压基本保持不变,而涌水点附近渗压在动水压力作用下逐渐升高。地表急剧变形阶段,土压力和地表位移急剧增加,涌水点附近渗压呈断崖式衰减,而黏土层内测点渗压快速增加,均具有显著的土体塌陷前兆信息,也反映土体塌陷灾害的瞬时特征。地面塌陷阶段,地表变形、土体土压力、涌水点附近渗压基本保持不变。地铁隧道涌水涌砂诱发地面塌陷模型试验研究结果对类似工程防治具有一定的指导意义。

稠油油藏出砂冷采技术实践

套保油田为普通稠油油藏，其开发的难点是常规冷采产能低、递减快，蒸汽吞吐开采注入压力过高破坏隔层导致底水上窜、注入压力过低不能保证注入蒸汽质量导致开采效果差。因此开展出砂冷采试验，经研究及现场试验形成了较完善的配套工艺技术，出砂冷采在套保油田白92块工业化应用，单井日产油达到10～30m^3／d，为常规冷采产量的10～20倍。

稠油出砂冷采技术研究综述

稠油将是21世纪的重要资源。动用稠油资源是缓解未来原油短缺的重要手段。经济、高效地开发稠油对我国具有重要的现实和战略意义。目前,我国稠油油藏主要采取注蒸汽等热采方式,但普遍面临着油层出砂、气窜和采油成本高的严峻挑战。而稠油出砂冷采技术通过大量出砂形成高渗流通道,并借助于泡沫油的作用等机理来开采稠油油藏,可以较好地解决热采中遇到的问题。国外矿场实践结果表明,出砂冷采可以降低开采成本、提高资源利用率。

新型热采筛管在海上稠油油田的应用

海上热采井井底温度达300℃,高温热应力加剧了出砂风险,筛管作为最后一道屏障,决定着热采防砂的成败。筛管在高温、腐蚀和强注强采的恶劣环境下易发生损坏,导致油井出砂停产。针对海上热采井生产特点,研发了新型热采筛管。该筛管材质选用热稳定性强、耐腐蚀和强度高的P110H-3Cr钢材;结构优化为7层,内外2层挡砂网精度外大内小,逐层过滤;特殊结构的导流外护套,减少高速流体冲蚀影响。新型热采筛管不仅具备较好的热稳定性能,而且提高了抗腐蚀能力。截至2015年12月,新型热采筛管已成功应用15井次,作业成功率为100%,单井产能提高2~3倍,未发生出砂及筛管损坏情况。该技术满足了海上油田热采防砂要求,为提高热采效果奠定了基础。

某铁路隧道涌砂病害的原因分析及整治思路

研究目的:某铁路隧道位于西南可溶岩地区,施工过程中未发现异常情况,但开始运营后的第1年和第3年雨季分别遭遇了因涌砂覆没道床而中断行车的病害;为有效根治病害,通过研究涌砂过程,探查涌砂点岩溶发育情况,补充隧道附近水文地质测绘,详细分析岩溶及岩溶水地质环境,联系降雨量因素论述涌砂病害的产生原因及整治思路。研究结论:(1)雨季极端暴雨通过岩溶裂隙及管道下渗后,地下水位抬升并高于隧道,有压地下水携带岩溶裂隙中充填的砂土涌入隧道形成涌砂病害;(2)类似位于岩溶水季节变动带的隧道,在洞周岩溶裂隙发育且填充泥砂的情况下因水位抬升导致的洞身涌砂病害,宜采用能有效降低暴雨后洞身地下水位且维护方便的泄水洞方案处治;(3)本研究成果可供西南岩溶地区修建铁路、公路隧道工程时地质勘察人员及设计人员参考。

苏丹L区F油田稠油冷采实践与认识

苏丹L区F油田主力油层A和B是稠油油藏,储层为胶结疏松的砂岩。针对该油田的储层特征,研究了与之相适应的完井方式、射孔参数设计方法,并探讨了对于如此埋深的油藏是否能有合适的螺杆泵,如何确定泵的下入深度及油藏在开采工程中能否形成蚯蚓洞、出砂规律和冲砂周期将会怎样等问题。在借鉴加拿大经验技术基础上,摸索出一整套技术与方法,为苏丹其他区块条件类似的油藏开发提供了借鉴。

某长江穿越隧道竖井淹井处理技术

某穿江隧道竖井由于开挖施工方法不当及地质条件复杂,发生涌水涌砂导致淹井事故,在大型竖井井架及提升系统安装完毕,吸泥、抓泥设备没有施工场地的情况下,采用地面与井内注浆成功地封堵了涌水通道,固结了涌入井筒内的松散砂,从而保证了淹井事故处理的成功。

稠油出砂侵蚀模型的建立

考虑流体流动对出砂的影响,以连续方程和达西方程为基础,建立了稠油出砂冷采侵蚀模型,并在一维单相不可压缩条件下进行求解。结果表明,连续出砂会大大提高近井地带的孔隙度,从而改善油藏流动特性,提高稠油产量;而产砂量则出现先大幅度增加而后降低并趋于稳定的特征,这与现场实际资料相吻合,证明了该模型的可靠性。此外,一维模型可以用来指导出砂冷采实验,并进行验证。该模型具有很强的发展前景,可以推广到在径向流、两相流以及考虑岩石骨架塑性变形(流固耦合)等情况下的稠油出砂侵蚀模型的研究中。

稠油出砂冷采技术研究

稠油出砂冷采是近年来从加拿大兴起的一项稠油开采新技术。稠油的开采是缓解原油短缺的重要手段,经济、高效地开发稠油具有重要的现实和战略意义,目前稠油出砂冷采已成为热点。稠油出砂冷采是使油层大量出砂形成蚯蚓洞网络和形成稳定泡沫油而获得较高的原油产量。能否应用这一技术进行开采主要取决于储层及原油性质等因素,以及配套的工艺技术。

稠油出砂冷采数学模型的改进——径向流模型的建立及其求解

为了进一步认识出砂冷采机理,在一维模型的基础上,将出砂冷采模型推广到径向流条件下,重新引入无因次变量,对模型进行了简化和求解。通过实例计算,证明径向流模型能够反映出砂冷采时的开采特征,从而证明了模型的可靠性。此外,实例计算还表明,连续出砂确实是出砂冷采提高产量的重要机理之一。地层连续出砂使得井筒附近形成高渗流通道,解除了表皮污染,改善了油藏中流体的流动特性。该模型仍有一些缺点,必须进一步优化、完善。

厦门海底隧道涌水涌砂应急预案与处理施工技术

结合厦门海底隧道K11+856发生突发性涌水涌泥的地质灾害处理情况,详细介绍了该段隧道涌水涌泥治理所采用的应急响应与施工措施,监控量测结果验证了处理方案的正确性,对同类地下工程施工具有一定的借鉴意义。

不同细颗粒含量土体管涌三轴试验研究

为探究不同细颗粒含量土体管涌机理以及管涌后土体力学性质,选取三种不同细颗粒含量的土体,利用自行研制的管涌三轴仪,选择向上管涌的方法模拟管涌实际情况。通过管涌试验以及管涌后的排水剪切试验,分析了细颗粒含量对临界水力梯度、累计涌砂量、峰值强度以及体变的影响。结果表明:管涌发生前,临界水力梯度和临界流速随细颗粒含量的增加而增加;土体在较高的同一水力梯度作用下,累计涌砂量增长速度随时间逐渐减小,流失相同的细颗粒含量,累计涌砂的时间随细颗粒含量的增加而减小;随着细颗粒含量的增大,管涌后土体峰值强度呈不规则变化,土体体积先发生剪缩后发生剪胀,试样体积最大剪缩量随细颗粒含量的增大而增大。

油藏压实、出砂引起的射孔段套损机理分析

产层出砂引起的套管弯曲是油田开采不容忽视的问题。为解决产层套管的弯曲问题,通过建立压实、出砂引起的弯曲套管的力学模型,来解释部分层段产生相对滑动以及弯曲的机理。从出砂产层套管损坏的机理出发,综合考虑几何、物理、静力学三方面作用,结合一些油田套管损坏的实际情况得出套管弯曲损坏的力学模式。利用华北地区某井实际资料对本模型的验证,证实了压实、出砂共同促成套管弯曲的情况,并取得了良好的模拟效果。结果表明:套管弯曲不仅使有效横截面降低而且由于局部拉应力过大造成套管拉断。因此有效防砂、优化套管设计等对防止套管弯曲,增加油田生产的总体经济效益有一定的指导意义。

控水采煤技术原理、关键技术及在砂岩含水层下综放开采实践

针对我国煤矿水文地质及采矿条件千差万别、水体类型错综复杂的现状和水体下压煤开采的工程实践,详细阐述了控水采煤技术的思路、技术原理、技术原则和关键技术,即综合考虑煤矿安全和经济合理等重要因素,针对不同充水能力与补给条件的含水层,通过钻孔预先疏放一定量的含水层静储量,同时采用采动裂缝垂向导水性的差异和滞后压实的特性,实现涌水量大小和形式可控。该技术解决了传统的水体下采煤留设不同类型防水煤岩柱技术而造成煤炭资源的大量损失,或者单一采用含水层疏降技术不仅容易形成人为导水通道,而且过量的钻孔对含水层的疏放增加矿井涌水量及排水费用,同时导致地下水位大幅度下降,使矿区生态环境遭到严重破坏等问题。将控水采煤技术与综放开采工艺特点相结合,应用到内蒙古铁北煤矿半固结砂岩含水层下综放控水开采实践中。研究结果表明:针对铁北煤矿煤层顶板砂岩含水层的赋存状态与富水程度、不同采动覆岩破坏程度、主采煤层与含水层的空间关系,基于控水开采采前预疏与边采边疏相结合的技术原则,利用综放开采采场沿煤层底部布置,放煤厚度灵活调整可控的特点,提出的“顶水开采与疏干或疏降开采相结合、先疏后采与边采边疏相结合、钻孔疏干或疏降与回采疏干或疏降相结合、分段控制放顶煤开采厚度与含水层疏降程度相结合”控水采煤的总体方案是可行的,实现了3~8 m阶梯型采厚安全开采,既控制了工作面的涌水量、改善了工作面作业环境,又有效防止了突水溃沙灾害的发生,取得了综放控水安全开采的成功。

国外低渗透油田产能预测方法

针对并购低渗透油气田存在风险的问题,在井少、测试井少、地质资料少等原因导致无法应用数模技术预测产能时,通过研究影响产能预测的因素,利用低渗透油藏渗流理论,建立了生产过程中初期、中后期不同开发阶段考虑启动压力梯度、高速非达西效应、脱气、出砂等导致相渗剧烈变化的影响因素下的直井产能模型。该模型提出了"四维性"因素概念,对不同井底流压下各因素的影响进行了量化评价。实例研究发现,不同生产阶段该模型与常用模型相比产能计算精度可提高34.30%,研究成果对并购国外油气田时快速准确预测单井产能有重要意义。

陕北沙漠区地下工程交通竖井方案的选择

"涌沙"是陕北沙漠区坑井工程普遍遇到的地质灾害问题,不同工程位置、不同岩土结构特征、不同水文地质条件下,井内涌沙的潜在危害迥异。研究竖井所在位置的地质条件,针对性地采取措施,避免竖井内涌沙是工程顺利竣工的关键。通过对已有工程事故的分析汇总,归纳出沙漠区可行的3种交通竖井方案及其适用的地质条件,并指出了每种方案在设计及施工过程中应引起高度重视的节点问题,具有一定的推广价值,可供同行借鉴。

不同形式变水头作用下土体的管涌特性

为探究不同形式变水头作用下无黏性砂土的管涌特性,选取12种不同的变水头形式,利用自行研制的管涌三轴仪选择向上管涌的方法模拟管涌实际.通过管涌试验分析了变水头的周期和振幅对渗透系数和累计涌砂量的影响规律.结果表明:不同形式周期和峰值的正弦水头条件下,土体渗透系数均随着时间的推移而逐渐增加,当达到一定时间后,渗透系数趋于稳定;管涌相同的时间,渗透系数值随着正弦水头周期的减小而逐渐增加,随着峰值的增加而逐渐增加,土体抗渗性能下降;土体管涌3h后,不同周期和峰值正弦水头条件下的渗透系数在常水头渗透系数线两边呈近似对称分布.土体管涌3h内累计涌砂量随时间的增长基本呈线性增长,变水头周期越小峰值越大,累计涌砂量越大;通过扩大系数α,得到土体管涌3h后的变水头累计涌砂量公式和马鞍形状的拟合曲面图.

富水隧道突水处置及结构受力特性研究

依托武靖高速洞头山隧道工程,对工程中富水岩溶带引发的突水涌砂问题进行分析,提出采用洞内管棚结合径向注浆处置方案;通过流固耦合数值分析,对富水条件下衬砌结构受力特性和安全性进行研究。结果表明采用该方案能保证该地质条件下施工顺利进行,并可保证在运营时衬砌结构较高安全性,研究可为类似工程提供参考。