礁灰岩油藏微粒过饱和充填技术机理及创新实践

南海东部地区流花油藏为礁灰岩油藏，按其内部结构特点，包括基质、裂缝及溶孔三重介质。油井含水上升速度快，各项常规增产技术均无明显效果。该油田在“微粒环空充填技术”的基础上，在业内首次创造性提出并尝试了“微粒过饱和充填技术”，已实施的3口井均取得明显效果，在保证产能的同时，含水率比邻井低30%以上，且含水上升速度慢，预测该技术单井增油5× 10⁴ m³。但由于礁灰岩油藏地质油藏条件的复杂性，该技术应用的作用机理多有争论。因此，综合裂缝特征、渗流力学、油藏工程、完井工艺、数值模拟等研究，进行了礁灰岩油藏“微粒过饱和充填技术”的作用机理研究，认为起到“控水、堵缝、储层改造”三重作用，早期以储层改造为主、一定程度起到堵缝作用，相对高压充填微颗粒对近井储层起到扩张微裂缝、沟通更多基质储层、增大波及范围，后期以控水为主。该研究将指导本油田对微粒过饱和充填的后续应用，以及对其它裂缝性礁灰岩油田或者底水砂岩油田的控水增产具有较强的指导意义。     

添加CaCl2·6H2O/膨胀蛭石定形相变材料的尾砂基充填体热学与力学性能试验研究

采用常压浸渍法制备了CaCl₂·6H₂O/膨胀蛭石定形相变材料(CEV)，以金矿尾砂为充填材料骨料，制备添加CEV的充填体，对不同灰砂比和不同CEV添加比例下充填体的比热容、导热系数和单轴抗压强度(UCS)进行试验测试，分析了上述变量对充填体热学、力学性能的影响。结果表明:膨胀蛭石对CaCl₂·6H₂O的最大封装能力约为60%，CEV的熔化焓和凝固焓分别高达98.87 J/g和97.56 J/g。对于未添加CEV的充填体，比热容、导热系数和单轴抗压强度均随着灰砂比的降低而降低，对于添加CEV的充填体，比热容随CEV添加比例的增加显著提高，添加12% CEV后，其显热和潜热蓄热能力至少分别提高了10.74%和218.97%。然而CEV的添加会导致充填体孔隙增加，导热系数和单轴抗压强度均随CEV添加比例的增加而降低。当灰砂比为1:8，CEV添加比例分别为6%、9%、12%时，养护期为28天的充填体单轴抗压强度均小于1 MPa。综合考虑充填体蓄热能力和材料成本，推荐充填材料配比方案为灰砂比1:6、添加12% CEV，且添加CEV充填体的蓄热/释热温度区间推荐为20–40°C。本研究可为绿色矿山蓄热充填技术的应用提供理论依据。     

3D打印菱形聚合物厚度对尾砂充填聚合物抗弯性能和微观结构影响机制

下向进路式充填法是开采破碎矿体行之有效的方法之一。在此环节中，充填体人工假顶的稳定性对于保障人员和设备安全是至关重要的。本文基于3D打印技术，探索制备了一种掺加菱形复合结构的尾砂充填聚合物。采用三点弯曲和数字图像关联（DIC）技术等综合手段，探讨菱形复合结构不同层高和灰砂比影响下尾砂尾砂充填聚合物的抗弯特性。试验结果表明:层高为14 mm的3D打印菱形聚合物组合试样具有极强的挠曲特性，最大挠度值达30.1 mm；而层高为26 mm的3D打印菱形聚合物组合试样在挠曲特性方面略差，但其抗弯强度较高，为2.83 MPa。本文研究结论能为下向充填体采矿法人工假顶构筑提供一定的理论参考依据。     

采动过程中覆岩破碎区碎胀性走向分布特征

为了探究采动过程中覆岩破碎区碎胀性在走向分布规律,采用UDEC数值模拟及相似模拟手段分析了煤层顶板运移规律及碎胀系数分布特征。结果表明：随着采空区上覆岩层空间结构发展的演化,煤层顶板下沉量由下至上逐层降低,并最终趋于稳定；在工作面推进方向上,碎胀系数不断降低,且呈现出一定的分区特性,随回采呈现动态变化的周期性前移,其在走向上划分为三个区域,即：自然堆积区、载荷影响区、逐渐压实区。最后,确定浆体充填滞后距离为60m,现场试验邻位注浆充填效果良好。     

基于声波波速测试充填体质量试验研究

通过试验分析了充填体抗压强度与声波波速之间的对应关系,在此基础上,应用线性回归数学知识建立了以充填体纵波波速为输入变量,以充填体单轴抗压强度为输出变量的数学模型,利用该模型预测充填体的抗压强度,为充填体综合质量评价提供最有力的研究依据。     

基于兼性厌氧菌MICP技术的尾砂再造充填体试验研究

提出一种利用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术的胶结尾砂方法，利用兼性厌氧菌在密封养护条件下胶结尾砂，解决利用好氧菌无法在缺氧或无氧环境下使用的问题.采用控制变量法对利用兼性厌氧菌MICP技术胶结尾砂试验的影响因素进行探究，研究了菌液浓度、胶结溶液浓度、尾砂粒径和养护温度对胶结效果的影响.结果表明:当菌液的OD₆₀₀为1、胶结溶液中醋酸根离子浓度为0.6mol/L、尾砂为多种不同粒径的尾砂混合体、养护温度为30℃时，胶结效果最佳；兼性厌氧菌的MICP技术具有胶结尾砂的潜力，为替代水泥作为尾砂胶结材料提供了有效途径.     

充填体覆盖下大断面六角形进路离心模拟试验

金川镍矿是我国最重要的镍矿资源基地，矿区岩石破碎，龙首矿区采用的小断面六角形进路分层下向胶结充填采矿法为厚大破碎矿体的安全开采提供了成功经验。金川公司二矿区东部贫矿体厚大、埋藏浅，开采技术条件相对较好，但矿岩品位较低，采用小断面六角形进路由于开采成本高、效率低，无法满足东部贫矿体的开采要求。为了降低成本、提高采矿效率，提出了采用中深孔落矿的大断面六角形进路下向充填法，六角形进路从4 m （腰宽）×5 m （高度）提高至16 m （腰宽）×20 m （高度）。采用离心模拟试验对自重应力影响下的大断面六角形进路充填体的变形破坏进行分析，试验结果表明：随着离心加速度的逐步增加，上覆充填体的位移也逐渐增大，在离心加速度为70g时进路两帮发生坍塌破坏，92g时顶板发生破坏，顶板稳定性强于两帮的稳定性；两帮发生破坏时最大累计竖向位移为0.627 cm，顶板发生破坏时最大累计位移为0.904 cm，顶板比两帮能够承受更大的极限变形量；充填体破坏模式主要为拉伸破坏和剪切破坏，六角形进路最终形成半椭圆的塌落拱并趋于稳定。     

基于改进果蝇算法的金属矿山充填材料成本对比

为对比不同充填材料的成本，指导金属矿山生产，以金川镍矿为研究背景，基于一元非线性回归、曲线估计和约束优化理论，结合掺石灰石粉和粉煤灰充填材料28d强度、塌落度和分层度正交试验结果，建立最低充填成本约束优化问题，约束优化问题中各约束条件数学模型R²均高于90%.最后，利用OFOA和PSO算法分别求解平均最低充填成本，OFOA计算结果分别为91.615元/kg和97.092元/kg(掺石灰石粉充填成本比粉煤灰低5.477元/kg),而PSO算法未搜索到充填成本最优解.结果表明：(1)利用一元非线性回归和曲线估计理论可针对不同约束条件建立高精度多元非线性数学模型；(2)改良后的OFOA算法可对不同充填材料的成本约束优化问题求解；(3)改良算法较FOA和PSO算法收敛速度更快，计算过程更稳定，利用上述研究方法可对不同金属矿山、充填材料和约束条件进行成本对比，为充填材料比选提供理论指导.     

基于仿生学的新型脱水管设计及其强化脱水规律

脱水管类型是影响非胶结充填体脱水技术的关键因素之一。基于仿生学设计新型脱水管，以某铁矿尾砂为例，通过脱水试验对比分析新型脱水管的脱水效率和脱水效果，研究强化脱水规律。试验结果表明：脱水管根系状设计可以增加脱水管过水面积和减小渗流距离。新型脱水管相比普通脱水管，脱水时间减少了20%,累计脱水量增加了10.3%;引入尾砂流失量作为评价脱水管脱水效果的依据，新型脱水管相比普通脱水管尾砂流失量减少了45%;新型脱水管强化非胶结充填体脱水的过程可划分为2个区域，即急流区和平稳区。观察到非胶结充填体与试验装置内表面形成了大量分布均匀的孔隙导水带，这也是新型脱水管能提高脱水效率的原因之一。