胶莱盆地白垩纪科学钻探施工技术探讨

结合胶莱盆地白垩纪科学钻探工程钻遇地层的复杂情况,介绍JK1号钻孔使用的钻孔结构、钻具组合、冲洗液选型、钻进技术参数等钻探施工技术措施。针对钻进中遇到的泥岩地层水化分散、钻孔超径和钻头泥包等难点,着重探讨了超前孔裸眼钻进、低固相抑制性冲洗液和钻头选型等解决方案。

安全生产领域安全技术公理

为解决安全科学技术基本概念、基本理论不统一问题,基于公理化方法,阐明危险源、隐患、风险、安全等基本概念的内涵,归纳安全生产领域的4个安全技术公理。研究表明:危险源实质上是高能量、危险物质、危险状态的载体,包括装置、场所、过程、活动等,危险源的固有风险是确定的。隐患实质上是生产系统中控制危险源的安全措施(包括技术措施和管理措施)的缺陷或失效。隐患增大现实风险。成熟技术的现实风险是可接受的,隐患排查治理是保证现实风险不增大的关键。基于风险分级的安全管理/监管策略,是实现安全目标最大化的有效途径。

基于磁流变液的井下钻具主动减振技术

基于磁流变液的主动减振技术可以控制钻具振动,提高机械钻速,降低钻井成本。在介绍井下减振技术发展现状的基础上,阐述了磁流变液阻尼器和基于磁流变液的主动减振短节(AVD)的工作原理,对AVD的减振性能进行了室内试验和现场对比试验。试验结果表明,AVD在将振动降至最弱程度的同时提高了机械钻速,还可避免钻柱振动破坏钻头及其他钻柱组件,增大钻头进尺和减少额外的起下钻次数。基于磁流变液的主动减振技术可以很好地解决钻具振动引起的钻压不稳、机械钻速低等问题。最后指出我国应该开展这方面的研究。

地质工程专业青年教师实践能力培养的探索

本文针对青年教师特点,分析了影响实践教学效果的主要因素,从实践教学体系的探索和改革的思路着手,提出了实践教学要以学生为主体,青年教师提高实践教学能力是提高实践教学效果的前提保证。以地质工程专业青年教师实践教学能力培养为主线,总结了该专业提高实践教学能力的主要方法与思路。

地质超深钻孔自寻北陀螺测斜仪研制

阐述了解决在高达280℃高温、孔深8000 m环境的地质超深钻孔自寻北陀螺测斜的技术问题。采用新型低功耗耐高温电子元件集成电路、隔热保温材料,利用高温焊接技术、密封技术、隔热保温技术及自寻北陀螺测斜技术,研制在高温、高压钻孔环境中既能保证质量又能保证安全的钻孔测斜仪以及研究相应的测斜工艺技术方法。

水文钻孔新型洗井技术简介

洗井是水文孔施工中成井工艺的重要环节,安全、高效和稳定是未来洗井的发展趋势,概述了常规洗井技术方法及其存在的问题。通过深入调研国外最新技术,从技术原理、关键技术、设备、特点及应用实例等方面介绍了新兴超声波洗井技术、干冰洗井技术和封隔分层洗井技术。认为在引进国外技术的同时应加快新型洗井技术的自主研发和试验,这样才能加快我国洗井技术的发展。

方位角对页岩气钻探的影响

为了达到增产目的,水平井技术在页岩气开发中被广泛应用,因其影响因素众多,文中结合国内外相关资料,分析了方位角对页岩气开发的影响。结果表明:沿最小水平应力方向钻井,不仅能有效降低页岩气钻井风险,而且可使储层破裂体积达到最大,从而增加产量;在完井过程中,通过增加沿水平井方向压裂间隙的长度,达到降低成本的目的。然而,在某些情况下,钻井的方位角并非沿最小应力方向,此时,安全钻井液密度窗口会下降,甚至消失。复杂裂缝提高了破裂压力,严重威胁井壁稳定性。

岩石切削机理模型分析及实验研究

切削机理模型是研究岩石钻进切削过程中的切削力以及切削热的基础。在分析岩石切削机理模型的基础上,基于摩尔理论和裂纹扩展理论,分析中硬岩石切削状态,认为在中硬岩石切削过程中岩石存在着脆性切削和延展性切削2种方式,在此基础上得到新的中硬岩石切削机理模型。以砂岩、大理岩和花岗岩为钻进对象,开展微钻实验研究。结果表明:切削过程为岩石在刀具的扭矩和推进力作用下发生破坏,导致小岩屑、大切屑不断循环产生的过程,小大切屑形成主要源于岩石挤压变形和裂纹生成扩展。实验结果与岩石切削机理表现出较好的一致性。

基于旋挖和水平定向钻进的辐射井成井实验研究

辐射井作为城市地下水供水构筑物和盐碱地改良的集水设施,凭借单井出水量大、水质稳定及控制面积大等特点被广泛应用。本文对传统辐射井施工方案进行了调研,并分析总结出传统集水井和辐射孔施工过程中存在施工安全性低、钻进效率慢且钻孔质量差等问题,提出了以旋挖钻进的方式施工辐射井中的集水井,以水平定向钻进的方式施工辐射孔的方案。通过现场实验,发现此方案能有效解决传统方案中存在的问题,进一步研究之后值得推广。

页岩气开采压裂液技术进展

页岩气是一种分布广泛且储量丰富的非常规能源,但由于其储层具有孔隙度小及渗透率低等特性,一直以来页岩气未得到大规模开采。直到近20年,页岩气开采技术才得到飞速发展,这主要得益于水力压裂技术的进步。压裂液是水力压裂的重要组成部分,其性能的优劣直接影响水力压裂施工的成败。通过调研国内外文献,结合国内外压裂液技术的发展历程,分析了页岩气开采中几种常用压裂液的优点、适应性及存在的问题,综述了两类新型的无水压裂技术。结合我国页岩气储层的特殊性及压裂技术发展的现状,提出了适于我国页岩气开采的压裂液技术发展的建议,并特别强调了在页岩气开发初期重视环保的重要性。

压裂技术结合可燃冰开采技术展望

介绍了可燃冰的研究过程,将可燃冰已知的开采技术进行了总结。详细介绍了压裂技术结合二氧化碳(CO_2)置换开采可燃冰技术,并将两种技术同时用于可燃冰开采的应用前景进行了分析。该联合技术有诸多的优势,在未来将会有广阔的应用前景。从天然气产量、安全、经济、环保等角度评价了联合技术的优势,并分析了该技术存在的问题以及努力的方向。

电弧增材制造金属点阵结构研究进展

金属点阵结构是一种轻质多功能结构,具有高比强度、高比刚度、抗爆吸能、减振降噪等优势,在飞行器、船舶、车辆、建筑等领域具有广泛的应用前景。然而,迄今为止点阵结构件的应用规模仍然十分有限,主要原因是受到制造技术的严重制约。电弧增材制造技术因其离散堆积的成形特点有望实现点阵复杂结构的一体化高效低成本制造。综合分析了电弧增材制造金属空间杆结构与点阵结构的研究现状,从制造原理、成形工艺与方法、制造特点等方面进行论述,并归纳了现阶段各研究机构对于金属点阵电弧增材制造的研究进展。最后介绍了电弧增材造金属点阵结构存在的掣肘,重点分析了现有电弧增材制造在点阵制造与成形控制方面的研究进展与不足,指出了未来电弧增材制造金属点阵结构的主要发展方向。

基于LOP模型的事故隐患分类分级研究

为构建科学有效的事故隐患(AP)排查治理长效机制,基于防护层(LOP)模型,建立统一的、便于执行和管理的事故隐患分类分级框架。讨论分析事故隐患及危险源的几种定义,将事故隐患分为设计建造、基本过程控制、超限报警、安全控制、主动防护、被动防护和应急等新7大类,并定为严重、中等、一般等新3级。提出设置事故隐患排查治理指标,建立事故隐患分类分级标准备案机制。结果表明,事故隐患是事故的必要但不充分条件,是LOP安全防护功能下降或失效的充要条件,所建立的事故隐患分类分级框架是促进事故隐患排查治理工作的基础。

超声波冷锻对Cr12MoV钢渗氮组织与性能的影响

为优化渗氮工艺,提高渗氮层的厚度与硬度,提出用超声波冷锻技术(Ultrasonic cold forging technology,UCFT)对Cr12MoV模具钢进行表面纳米化预处理,并在450℃和520℃两个温度条件下离子渗氮。采用扫描电镜、金相显微镜、白光形貌仪、X射线衍射仪和维氏显微硬度计对样品的微观组织结构和性能进行表征。结果表明:UCFT是一种能与离子渗氮有效复合的预处理工艺,经UCFT表面纳米化预处理后,Cr12MoV模具钢表面形成表面硬度约520 HV,厚度为350μm的塑性变形影响层;经UCFT表面纳米化预处理后和离子渗氮复合处理后,渗氮层厚度与硬度与原始样品直接渗氮相比有显著提高;UCFT预处理后在520℃离子渗氮4 h,材料表面硬度可高达1350 HV,复合改性层厚度也可增至约400μm。

基于双偏心轴驱动的声频振动钻机设计研究

基于虚拟样机技术,设计了一种双偏心惯性轴驱动的声频振动钻机的虚拟样机,分析了声频钻进方法的工作原理与特点,阐述了双偏心轴驱动的声频振动钻进系统整体设计方案与各个分系统的基本结构,在此基础上制造了实物样机,并开展了声频振动钻进技术实验研究。实验结果表明:双偏心轴型声频振动钻机结构简单、性能可靠、技术可行;声频振动钻进速度快、取样无扰动、质量高,钻进振动能量密度大,达到了设计要求。

论安全科学的研究对象

为阐明安全科学的研究对象,基于历史方法和逻辑方法,回顾该学科的研究内容,论述主要观点的优缺点,继承已有观点的合理成分,提出"三位一体"的安全科学研究对象新观点,即危险源+隐患+事故(职业病)。研究表明:危险源是引发事故(职业病)的根本原因;隐患是导致事故(职业病)的直接原因;事故(职业病)是存在隐患的危险源失控造成的后果。

基于宏观和细观缺陷耦合的节理岩体损伤本构模型

提出考虑宏观和细观缺陷耦合的节理岩体损伤本构模型。首先介绍仅考虑微裂纹等细观缺陷影响的岩石损伤本构模型及仅考虑节理等宏观缺陷影响的岩体损伤本构模型,其次基于Lemaitre应变等效假设,推导考虑宏观和细观缺陷耦合的复合损伤变量,从而建立基于宏观和细观缺陷耦合的节理岩体损伤本构模型,最后通过引用岩石单轴压缩试验资料对模型合理性进行验证。研究结果表明:该模型能够较好地同时反映宏观和细观缺陷对岩体应力应变曲线的影响。同时采用该模型对含不同倾角的单节理岩体和含多条平行节理的岩体在单轴压缩荷载下的应力应变曲线进行分析,所得结果与相关文献中的试验及理论结果具有很好的一致性,说明了该模型的合理性。

流固耦合作用下水平定向孔壁稳定性分析

孔壁失稳是目前水平定向钻进工程中经常遇到的一个实际问题,尤其是在地表的第四纪松散地层中钻进孔壁失稳更是屡见不鲜,严重影响工程施工。针对以往研究中没有考虑渗流场对孔壁稳定性的影响问题,本文在Biot固结理论的基础之上,建立了应力场和渗流场耦合数学模型,采用有限元方法对所建立的模型进行求解。通过对某一水平定向钻进孔壁稳定性进行数值模拟,分析了在流固耦合作用下地层孔隙压力、有效应力和位移的变化规律,并分析了在不同的冲洗液压力下,地层沉降情况。研究发现,在定向钻进过程中,流固耦合作用对地层特别是井壁附近围岩的应力和变形影响很大。研究结果为钻进过程中避免孔壁失稳,合理选择冲洗液及冲洗液压力提供理论依据。

基于组合模型法的贯通节理岩体动态损伤本构模型

针对贯通节理岩体动态变形特点并结合已有岩石动态本构模型的相关研究成果,将贯通节理岩体变形过程中的动态应力视为贯通节理岩体静态应力分量与相应动态应力分量的叠加。其中贯通节理岩体静态应力分量采用考虑岩石细观损伤的非线性元件、节理面闭合及剪切变形元件等3个基本元件的串联来模拟,动态应力分量采用黏性元件来模拟,从而建立了贯通节理岩体动态单轴压缩损伤本构模型。其次,根据贯通节理岩体在单轴压缩荷载下往往会沿节理面发生剪切破坏的特点,在前述已建立的损伤本构模型中引人节理剪切破坏准则对该模型进行修正,从而更好地考虑了节理剪切强度对该模型的影响,最终建立了考虑节理剪切强度的贯通节理岩体单轴压缩损伤本构模型。最后利用该模型对贯通节理岩体在压缩荷载作用下的力学特性进行了分析计算,重点讨论了节理倾角对岩体单轴动态压缩峰值强度的影响规律。研究结果表明随着节理倾角的变化,节理岩体将发生岩块张拉或剪切破坏、沿节理面的剪切破坏及上述两种破坏模式的复合破坏,相应地节理岩体的单轴压缩动态峰值强度也随之有较大变化。

综合考虑宏细观缺陷的岩体动态损伤本构模型

针对节理岩体同时含有节理、裂隙等宏观缺陷及微裂隙、微孔洞等细观缺陷的客观事实,提出了在节理岩体动态损伤本构模型中应同时考虑宏细观缺陷的观点。为此,首先对基于细观动态断裂机理的经典岩石动态损伤本构模型—TCK(Taylor-Chen-Kuszmaul)模型进行了阐述,其次基于Lemaitre等效应变假设推导了综合考虑宏细观缺陷的复合损伤变量(张量),进而在此基础上建立了相应的节理岩体动态损伤本构模型,并利用该模型讨论了载荷应变率及节理条数对岩体动态力学特性的影响规律。结果表明,在不同载荷应变率下试件在变形初始阶段是重合的,而后随着应变的增加,试件峰值强度、峰值应变及总应变均随载荷应变率的增加而增加;随着节理条数的增加,试件峰值强度逐渐降低,但降低趋势逐渐变缓并趋于某一定值。上述研究结论与目前的理论及实验研究结果的基本规律是一致的,说明了本模型的合理性。