砂卵石地层土压平衡盾构施工渣土改良试验

砂卵石地层土压平衡盾构施工时需进行渣土改良,提高渣土的流塑性.针对成都砂卵石地层采用泡沫、膨润土和聚合物进行改良,进行室内塌落度试验、搅拌试验和泥浆黏度试验来确定配比.研究结果表明,钠基膨润土比钙基膨润土具有更好的膨化能力,且不发生分层,更适用于渣土改良.案例中膨润土单独改良的合理配比为泥浆质量分数14.3%,注入量体积比20%.泡沫改良时注入率受渣土含水率影响较大,土体含水率越大,泡沫最佳注入率越小.泡沫加膨润土共同改良比两者单独改良效果要好,选择泡剂质量分数为3%、泥浆质量分数为14.3%,添加量在某一个范围,有多种组合都可以满足要求;当泥浆注入量体积比为12%时,泡沫最优注入量体积比为15%～20%;当泥浆注入量体积比为6%,泡沫最优注入量体积比为30%～35%.当地下水丰富时,需要添加聚合物;正常情况下也可降低膨润土泥浆浓度,添加聚合物,来节省膨润土用量,从而降低工程成本.     

佳木斯市江北水源工程松花江穿越隧道盾构施工泥浆性能研究

在泥水平衡盾构施工过程中,针对佳木斯地质条件的具体情况,经过对泥浆的反复调配、试验,找出了适合本地层的泥浆配比。解决了在富水砂砾石地层中采用膨润土加粉质粘土混合浆液充当砂石输送载体、土体开挖面护壁支撑介质的难题,为泥水平衡盾构在富水砂砾石地层中施工提供了一些思路。     

增效粉在煤田地质绳索取芯钻进中的应用

针对煤田地质金刚石绳索取芯钻进复杂地层存在护孔防塌问题,特别是钻进碳质泥岩、构造破碎带、较厚的粉煤层,易造成缩径、超径、坍塌和掉块等孔内复杂情况。采用新型的增效粉泥浆材料来解决钻探的“瓶颈”难题。应用实践表明,增效粉泥浆能起到显著的抑制缩径、超径和防塌作用,减少孔内事故的发生,提高钻进效率。     

正交试验法研制适合煤系地层钻进的泥浆

通过现场搜集与查阅相关技术资料，总结出组成煤系地层的岩石的物理、化学性质。在适合于煤系地层钻进的泥浆体系中，在实验室内利用正交优化实验确定泥浆体系中各化学处理剂的配方，并分别测量不同配方的泥浆性能，确定最能解决煤系地层钻进中遇到的孔内事故的泥浆配方。再进行煤系地层岩样的浸泡实验，观察煤柱变化情况，检验所选泥浆是否具备理想防塌效果，并从中找出规律，解决煤系地层钻进时钻孔出现的问题。     

富水砂卵石地层中大直径泥水盾构同步注浆技术

通过统计分析盾构掘进相关技术资料,综合考虑富水砂卵石地层中泥水盾构掘进参数、泥浆参数、盾构姿态、地层变形机理等信息,确定泥水盾构在砂卵石地层中掘进时,同步注浆主要技术参数间的经验公式,指导类似工程施工。     

富水砂卵石地层泥水盾构施工技术

成都地质以地下水位高、含水量大、卵石含量高硬度高、漂石含量高且局部密集成群著称,是否适合盾构法施工或采用何种类型盾构施工,一直存在争论。就此以成都地铁一号线盾构4标右线线隧道施工为例,从盾构选型、泥浆配置、开挖面稳定技术、进泥水舱技术和大漂石处理等方面,对泥水平衡盾构在富水砂卵石地层中的掘进技术进行了初步探讨。     

越江泥水盾构隧道泥浆改性及泥膜渗透性状试验研究

为指导越江泥水盾构隧道施工过程中的泥浆性质动态调节，以羧甲基纤维素钠(CMC)和粉细砂为主要调控材料，对不同配比泥浆进行密度、黏度、胶体率测试，并基于API滤失试验研究各配比泥浆的滤失性状及泥膜的渗透特性.结果表明：钠基膨润土-粉细砂-CMC泥浆体系具有良好的分散性，泥浆胶体率普遍在98%以上；对于生成泥皮+渗透带型的砂砾地层，虽然通过掺加粉细砂可有效堵塞地层，减小滤失量，但其形成的泥膜渗透系数和滤失量则相对较大；对于需要快速在开挖面形成泥皮型泥膜的地层，增加CMC的掺量可以有效减小泥膜形成时的滤失量，降低泥膜渗透系数；但CMC掺量过大后所成泥膜孔隙比增大，结构疏松，渗透系数反而呈增长趋势.施工过程中可结合实际需求对泥浆性质进行动态调整，以保障泥水盾构掘进和开舱安全.     

咸水环境下泥水盾构泥浆配比试验研究

在水下盾构掘进过程中出现带压开舱检修情况时,如何在高渗透性地层形成质量较好的泥膜从而保证开挖面稳定,是保障工程安全与进度的重要前提。以青岛地铁跨海段隧道掘进工程为依托,自主设计试验装置开展咸水泥浆配比及渗透成膜试验,并设置淡水泥浆作为对照组。采用控制变量法和析因分析法研究膨润土、羧甲基纤维素(CMC)、碳酸钠等不同制浆材料引起的泥浆相对密度和黏度变化对泥浆滤水量的影响。试验结果表明:在咸水泥浆中,随着膨润土含量的增加,泥浆相对密度变大,可以显著降低泥膜的滤水量,增加CMC含量可以提高泥浆黏度从而更易成膜,对本工程咸水环境高渗透性砂土地层而言,采用相对密度为1.18～1.23 g/cm~3、黏度25～30 s的配制方案,可取得良好的成膜效果。     

卵石土及泥岩侵入地层中泥浆配比试验研究

泥浆支护是泥水盾构实现安全掘进的关键,泥浆压力是否能快速有效的传递到开挖面将影响地层的稳定性控制,而泥浆的配比将直接影响泥浆压力的转化。为保证泥浆在卵石土及泥岩侵入地层中的支护效率,本文以成蒲铁路紫瑞隧道工程为依托,开展了一系列泥浆渗透成膜试验以确定泥浆的合理配比。研究结果表明：泥浆的配比对盾构掘进的效率有明显影响,密度和粘度偏小的泥浆会导致泥浆滤失量过大,泥浆压力不能及时形成;而密度和粘度偏大的泥浆会导致刀盘泥饼的产生,降低盾构掘进效率。本文通过泥浆渗透试验与现场实测,在有效成膜和防结泥饼之间确定了最佳的泥浆配比。该泥浆配比的确定及调整方案在现场取得了良好的效果,以期为泥水盾构在类似地层中施工提供参考。     

广州新白云机场冲孔桩施工难题及技术措施

针对新白云机场冲孔桩施工中出现的泥浆问题、卡锤、塌孔、偏孔和断桩难题,提出了一系列技术措施,使这些问题得到了彻底解决,为华南地区岩溶地层的桩基施工提供了有益的借鉴     

砂卵石层泥浆护壁与旋挖钻进工艺

采用经典土力学滑动理论,分析砂性土地层的孔壁稳定性与泥浆护壁机理;应用岩石破碎学理论,探讨旋挖钻头的碎岩过程,在此基础上研究旋挖钻进的工艺方法、技术参数和泥浆性能指标。研究结果表明:对孔壁起稳定作用的关键因素是泥浆的密度,随着泥浆密度的增大,孔壁稳定性增加;采用高分子聚合物泥浆,增加凝胶作用,能较好地解决旋挖成孔速度与孔壁稳定性之间的矛盾;孔内压力降低值随钻具提升速度的变化而变化,提升速度越大,压力降低越大,越容易造成孔壁不稳定。     

钻井液类型对井壁稳定的影响实例与防塌机理分析

针对东海油气田N区块钻井过程中易发生井壁坍塌的问题,通过梳理分析N5区块及周边构造三口探井地质条件、地层特性、测井数据,基于地质力学与岩石力学基本原理计算了井壁坍塌压力;并对使用水基钻井液和油基钻井液的钻井工况进行对比。研究发现在钻井液密度高于坍塌压力的情况下,使用密度相对较低的油基钻井液即能够保持井壁稳定,无阻卡等复杂问题。使用水基钻井液钻井,则部分泥页岩井段井径扩大,起下钻明显阻卡,处理复杂问题耗时较长。分析主要原因,在于油基钻井液能够降低泥页岩水化程度,减缓钻井液向微裂隙中的渗流,抑制微裂隙扩展,提高钻井液对井壁的有效支撑作用。因此,在东海油气田复杂泥页岩地层钻井中,使用油基钻井液能够更好地保持井壁稳定,避免或减少钻井复杂问题。     

庆深气田水平钻井水基泥浆中套管磨损机理实验研究

水平井钻井过程中,钻杆与技术套管的接触力较大,套管磨损比较严重,套管强度降低较多,给后续试油及完井投产作业留下隐患。为了深入了解水平井水基泥浆中钻杆-套管的磨损机理,为准确评价庆深气田套管磨损程度及剩余强度提供依据,在西安石油大学创新研制的环块式钻杆-套管磨损实验机上,模拟实际钻进参数,进行了该气田常用的水基泥浆中钻杆-套管磨损实验,考察了接触压力、转盘转速、磨损时间等因素对套管磨损效率的影响。利用试件磨损表面扫描电镜(SEM)图片进行了形貌分析,确定了水基泥浆中套管的磨损机理。实验结果表明:水基泥浆中,套管的磨损类型兼有粘着磨损、疲劳磨损和犁沟磨损等。黏着磨损是最主要的类型,采用基于黏着磨损机理的White磨损效率模型预测井下套管的磨损是可信的。水基泥浆中P110套管的磨损效率在(2~8)×10-131/Pa之间,稍大于钻井手册中的套管磨损效率(2×10-131/Pa);磨损效率随接触压力和转速的增加而增加,前期增长速率小,后期增长速率大;磨损效率随磨损时间的增加先增加,后逐渐减少,最后趋于稳定。     

DF-1 型泡沫剂的研制和应用

从提高钻井效率、保护孔壁、提高岩矿芯采取率的技术要求出发，研制了专门用于多工艺空气钻进配制泡沫液和泡沫泥浆的新型泡沫剂——ＤＦ－１型泡沫剂。用该泡沫剂配制的低密度钻井液体系适用于低压漏失、孔壁失稳、干旱缺水等复杂条件的钻进，取得了令人满意的成效。应用结果还表明，ＤＦ－１型泡沫剂在地热钻井、水文水井钻探、地质灾害治理工程中也有良好的应用效果。     

泥页岩地层钻进封堵抑制型钻井液体系的研究

针对泥页岩地层钻进过程中的吸水膨胀引起的孔壁稳定问题,提出了采用超细惰性材料封堵泥页岩微细孔喉、降低渗透率,从而减缓水分侵入的思路。通过实验研究与微观分析相结合的方法开展了含超细惰性材料的封堵抑制型钻井液体系的研制。首先,结合常规实验与电子扫描电镜实验,探讨了超细惰性材料对基浆及聚合物钻井液体系流变性能及失水性能的影响,从微观角度分析了含超细惰性材料钻井液体系泥皮的微观形貌特征。在此基础上,通过不同配方钻井液体系的浸泡实验,研究了超细惰性材料对泥页岩吸水膨胀的封堵抑制性能。研究成果对于保障泥页岩地层的快速钻进具有重要意义,同时,在解决类似吸水膨胀地层的快速钻进方面也具有一定参考价值。     

加蓬G 区块破碎地层井壁失稳机制与钻井液技术对策

 加蓬G区块是中石化海外重点勘探开发区块,LPC和ANG复杂地层钻井施工中出现了严重的井壁失稳问题。通过破碎地层的泥页岩岩心表观特征分析、泥页岩钻屑清水浸泡试验、泥页岩黏土矿物分析和泥页岩滚动回收试验得出,以伊/蒙混层和伊利石为主的黏土矿物组分和微裂隙发育特征是加蓬G区块破碎地层井壁失稳的外在物质条件;钻井液滤液沿裂隙和微裂隙进入地层深部,使黏土矿物水化膨胀,使井壁失去平衡,是导致坍塌掉块的内在原因。制定了钻井液密度应力防塌、屏蔽封堵防塌、优质钻井液体系配方等综合防塌技术措施,在加蓬G区块进行了现场试验,G-9井和G-10井2口井LPC和ANG地层的平均井径扩大率分别降低到11.6%和12.1%,井身质量较邻井有显著的提高,取得了良好的井壁稳定效果。     

深水含浅层流地层无隔水管领眼钻井水力参数计算

综合应用动态压井系统的无隔水管领眼钻井技术是处理深水含浅层流地层地质灾害的有效手段之一。针对无隔水管钻井技术特点,进行了无隔水管领眼钻井技术在深水含浅层流地层的适应性分析。基于油气井流体力学和渗流理论,考虑了浅层流实时钻进过程中地层漏失或侵入井筒动态过程的影响,建立了无隔水管钻进的平衡方程、连续性方程、运动方程和辅助方程,为钻井水力参数的设计与求解提供了依据,并以南中国海W-X01井为例,对计算方法进行验算与对比分析。现场实例计算表明:钻井液排量、钻进速度、钻杆转速是无隔水管海水钻进过程中的主要控制性施工参数,通过施工参数可调整环空压耗大小,进而控制井底压力;环空压耗随钻井液排量的增大而增大,且领眼尺寸越小环空压耗增大的趋势越大;同时,环空压耗随钻杆转速的增大而增大。此方法可以用于指导深水含浅层流地层的无隔水管领眼钻进设计与施工。     

富水全强风化花岗岩隧道突水突泥灾害机制与帷幕注浆技术

为研究富水全强风化花岗岩隧道突水突泥灾害机制与帷幕注浆技术,以广西均昌隧道富水全强风化花岗岩地段突水突泥灾害处治实践为例,对隧道突水水泥灾害特征、诱发机制及防治措施进行深入研究分析。结果表明：富水全强风化花岗岩隧道突水突泥灾害突发性强,演变速度快,次生灾害严重,影响范围大;隧道突水突泥灾害的孕险环境因素有长条状谷地汇水负地形、水资源丰富、导水通道发育、岩层水稳定性差,而超前勘探工作不充分、注浆效果不到位及施工扰动是灾害的主要致灾因子,岩体受地下水浸泡软化,岩层在静水压力作用下被击穿,掌子面发生局部渗流失稳,形成突水通道,渗流转变为管道流,形成突泥通道,在静水压力和动水冲刷的共同作用下迅速演化发展成突水突泥灾害,同时引发地表塌陷、河流断流、池塘干涸等次生灾害;通过修正帷幕注浆参数,隧道注浆治理段开挖面整体稳定性显著增强,稳定渗流量减少53.78%~80.19%,对隧道堵水加固效果明显,能有效防治了突水突泥灾害,确保工程施工安全,缩短建设工期,增大工程效益。研究成果对全强风化花岗岩隧道防治突水突泥灾害具有一定指导意义。     

冲顶开窗径向水平井转向送进关键技术

为解决传统径向水平井技术套管段铣和大直径扩孔困难等问题,提出在免扩孔条件下一次性实现径向水平井开窗及钻进的技术方案,设计在Φ139.7 mm套管内使用的转向工具,该工具利用液压冲顶方式进行套管开窗,并采用Φ14 mm无缝钢管作为喷射钻进的钻管。数值模拟与室内试验表明,采用纵向冲顶方式可满足套管开窗要求;在45 MPa泵压作用下钻管能够克服转向阻力实现送进;当冲头下倾角度为11°时能有效地实现钻管矫直与长距离送进;采用液压冲顶套管与金属钻管送进相结合的方式可满足超短半径径向水平井作业要求,为下一步联合水力钻头进行高压喷射破岩奠定基础。     

微流量控制钻井中两相许用钻杆下行速度研究

针对微流量控制钻井中气液两相许用钻杆下行速度问题,考虑气体滑脱、相与环空壁面阻力、回压及井底压 差,开展了对不同井深的气液两相许用钻杆下行速度半经验模型的研究,获得了气液两相许用钻杆下行速度的变化规 律。当钻杆在气液两相中下行运动时,回压的增大使井筒空隙率减小、气液两相密度增大,加载在井底的有效压力增 大,从而使许用钻杆下行速度减小;当井底气侵量增大,此时井底压力小于地层压力,许用钻杆下行速度增大,可借助 增大的激动压力消除一部分井底与地层欠压差;当井底安全压差减小,许用钻杆下行速度呈减小趋势。控压钻井中精 确计算钻杆许用下行速度,可增大钻井时效。