分形理论及岩石破碎的分形特征

介绍了分形的基本概念,分析了４种分维数的确定方法,进而探讨了岩石破碎过程中的分形特征。     

分形理论和岩石破碎的分形研究

介绍了分形的基本概念和4种分维数的确定方法，探讨了岩石破碎过程中的分形特征，推导了岩石爆破块度分布和分形维数的关系式，并建立了分维数与爆破参数的关系，从而为爆破参数优化进行块度预报提供了科学依据，为岩石破碎理论的研究提供了新的途径。     

楔形钻齿作用下岩石破碎及微观劣化过程

从理论分析和数值模拟两方面研究楔形钻齿侵入岩石过程中径向裂纹和侧向裂纹的扩展情况。首先根据Marshall的试验研究,分析考虑钻井液压力、侧压作用下岩石在楔形钻齿侵入过程中径向裂纹与侧向裂纹的极限长度公式和最佳齿间距公式,讨论钻井液压力、侧压和齿间距对裂纹扩展的影响;然后利用离散单元方法(PFC2D)研究楔形钻齿侵入过程中岩石的失效以及裂纹扩展情况。研究表明:随着侧压增大,临界侵入深度变大;钻齿下方的损伤区域变小,并且损伤区域变得相对比较平坦,不再凸入岩石内部;钻井液压力增大对径向裂纹的扩展以及损伤区域的扩大有促进作用,径向裂纹长度以及损伤区域随钻井液压力的增大而增大,但损伤区域随着钻井液压力的增大越来越凸入岩石内部;钻井液压力对侧向裂纹的萌生和扩展有抑制作用;合理的齿间距可以产生侧向裂纹重叠区,促进岩石的破碎,提高破岩效率;理论分析结果和数值仿真结果较一致。     

爆破岩石破碎的分形演化

由于分形系统属于非线性系统，在爆破过程中，岩石系统的非线性特征非常突出。因此，采用分形理论，对爆破岩石的分形演化进行研究。     

裂隙砂岩破坏过程中的能量耗散与破碎分形特征研究

对不同裂隙倾角的裂隙砂岩试件进行单轴压缩试验,分析了试件变形破裂过程中的应变能演化特征,基于分形理论定量描述了最终破坏后碎屑尺度分布的分形特征,初步探究了能量耗散与破碎分形维数之间的力学机制。研究结果表明：随着裂隙倾角增加,裂隙砂岩试件的抗压强度和耗散应变能均呈现出先减小后增大的变化规律;数据拟合结果表明两者之间存在正相关关系。试件破坏后的碎屑尺度分布具有分形特征,不同裂隙倾角试件的分形维数介于2.58～2.64;分形维数随裂隙倾角的变化规律与抗压强度类似,两者近似呈线性相关关系。此外,试件的抗压强度越高,破坏时释放的耗散应变能越多,试件破碎程度越严重,所产生的微、细粒碎屑占比增大,导致分形维数变大;数据拟合结果表明耗散应变能和分形维数之间具有线性正相关关系。     

切削具的“后部效应”对岩石破碎的影响

本文通过一个光弹实验和静压卸载实验,着重讨论了钻井中做回转运动的切削具后部的岩石表面上出现张裂纹和卸载破坏的问题。光弹实验表明,运动的切削具(如金刚石颗粒)在其后部的岩石中诱发出一个张应力区,最大张应力是在岩石表面上,在此表面上极易形成微小张裂纹。卸载实验表明,对某些脆性岩石(如花岗岩),载荷只要达到其压碎载荷的60％以上,就可以通过卸载方式破坏岩石。     

分形理论和岩石破碎的分形研究

介绍了分形的基本概念和4种分维数的确定方法,探讨了岩石破碎过程中的分形特征,推导了岩石爆破块度分布和分形维数的关系式,并建立了分维数与爆破参数的关系,从而为爆破参数优化进行块度预报提供了科学依据,为岩石破碎理论的研究提供了新的途径.     

加载速率对砂岩破碎及能耗特征的影响

为了研究应力波加载速率对岩石破碎与能量利用效率的影响,利用杆件纵向撞击面局部变形的非线性模型设计了5种不同曲率半径的锤头,获得了非等入射能与等入射能条件下不同加载速率的入射应力波,并对红砂岩进行了冲击试验.结果表明:随着应力波加载速率的增大,砂岩试样破碎块度的分形维数呈近似线性增长关系.在加载速率相同的情况下,砂岩试样破碎块度的分形维数随入射能的增大而增大.随着入射应力波加载速率的增加,破碎能耗密度增大.在加载速率相同的情况下,入射能越大岩石破碎能耗密度越大.在非等入射能条件下,岩石破碎过程中的能量利用率随着入射能的增大呈明显的下降趋势.实际生产中最优的应力波形必须综合考虑破岩效果和能量利用率等因素.     

基于动荷载作用花岗岩破碎碎块的分形特征与能量的相关性

利用直径50 mm的霍普金森试验装置,研究花岗岩试件冲击破碎碎块的分形特征和耗散能量的关系.结果表明破碎花岗岩每单位体积所需要的能量和岩块尺寸、特征尺寸、均匀性系数、块度分形维数等有较大的相关性,比耗散能量和块度分形维数的关系更接近于自相似的特征;扫描电镜图像和耗散能量与碎块表面的分形维数的关系,显示了较低的耗散能量使花岗岩内部微裂纹沿晶破坏成碎块,较高的耗散能使花岗岩内部的微裂纹既有沿晶破坏又有穿晶破坏,且碎块表面的分形维数反映了碎块表面的破坏程度.     

基于岩屑分形理论的岩石力学参数实时评价方法

现有的岩石力学参数获取方法依赖于钻井取心和测井资料,具有较大的时效限制。将分形几何理论应用于岩石力学参数实时预测的研究中。首先,利用完钻井深层岩心开展力学测试,建立岩石力学参数与多项测井物理量多元统计学模型。然后,开展上返岩屑颗粒的分形维数测试,并依据测井岩石力学模型计算出岩屑原位地层的岩石力学参数,将这些力学参数与岩屑分形维数建立统计学关系式。以准噶尔盆地玛湖凹陷Ma123井为例,通过测试上返岩屑的分形维数,进而实时计算出岩石的力学参数。完钻测井后基于测井反演模型绘制出该井岩石力学参数剖面。两种方法对比认为,基于岩屑分形维数计算的岩石力学参数具有较高的精度(误差小于10.9%)。同时,通过实践总结出一套基于录井岩屑分形理论的岩石力学参数的实时预测方法。该研究成果拓展了分形岩石力学的应用领域,为岩石力学参数的实时预测提供了新思路。     

钢铁生产过程系统的能耗可靠性评价

在功能可靠度和时产率可靠性评价指标的基础上,结合钢铁生产过程系统能源消耗状况的分析,建立了能耗可靠性评价方法,提出了能耗可靠度、工序能效比及相近度等评价指标体系来描述钢铁生产过程系统的能耗可靠性.运用贡献指数的概念定量分析了后两者对能耗可靠度的影响,并应用于国内某特殊钢厂电弧炉生产过程单元.结果表明:该电弧炉工序的能耗可靠度由2008年的0.64提高到2009年的0.72.另外,还分析了该厂2006—2009年电炉工序能耗可靠度变化的主要原因.     

基于机械比能理论的钻井效率随钻评价及优化新方法

在原有破岩机械比能理论基础上,分析水力能量对破岩与井底净化起到的积极作用,建立水力参数条件下破岩比能模型,并完善相关理论。基于破岩比能模型与钻井参数和机械钻速的相互关系,通过分析钻进中井底工况,判断施加钻井参数的合理性,提出相应优化措施,并利用该模型预测机械钻速。结果表明:建立的破岩比能效率评价体系能够在钻前准确预测机械钻速、钻进中随钻诊断井底工况及优化参数、钻后优选钻头;该理论评价方法诊断准确率高、优化效果好且流程识别简单,具有良好的应用与推广价值。     

SKS炼铅物质流变化对能耗的影响

构建SKS炼铅生产流程的基准物质流图,以某SKS炼铅法企业生产数据为依据,分别绘制该企业生产流程的实际物质流图和基准物质流图,并分析含铅物料在实际生产流程中偏离基准物质流图时对铅能耗的影响。从物质流和工序的角度分析可知:增大外加物质流、减小循环物质流和排放物质流会降低铅能耗,而且越是靠后的工序发生以上3种物质流对铅能耗的影响越大。     

随钻扩眼钻井钻进趋势影响因素

以钻进趋势角作为评价指标,对使用随钻扩眼工具进行钻进时的钻进趋势进行了分析.结果表明:对于偏心扩眼钻头,钻压分配比在一定条件下能够改变钻具的钻进趋势,因此在钻具组合设计中不能按照常规钻头来对待;对于钻具组合设计,将扩眼体位于井眼高边时是否满足防斜要求作为设计依据;对于独立结构扩眼器,钻压分配比的变化通常对钻具钻进趋势的影响较小,独立结构扩眼器的防斜主要依赖于领眼钻头与扩眼器之间稳定器位置的调节.     

钻井液泥饼形成及评价研究综述

钻井过程中钻井液滤失形成地层浅处的内泥饼和井壁表面的外泥饼.形成高质量泥饼可以保证顺利钻进,但也对后期固井和生产造成影响.介绍了泥饼的形成过程和结构特征,调研了泥饼形成的数值模拟研究和实验研究,总结了泥饼评价的常规方法和参数计算经验公式.内泥饼和外泥饼的形成是同时进行、相互影响的过程;目前的研究多局限于外泥饼的形成和评...     

基于灰色层次模型的嵌入式软件能耗优化方法评价研究

随着可移动嵌入式系统大量而广泛的使用,嵌入式软件能耗已成为嵌入式系统设计的一个重要因素,而如何评价嵌入式软件能耗优化方法的综合效果是一项重要工作.针对评价过程中信息不完备性和不确切性的问题,采用基于层次灰色评价理论建立的评价模型,通过仿真实验数据分析在源程序结构级的优化方法对嵌入式软件三项指标(包括能耗、运行时间以及指...     

TI地层声学各向异性随钻评价方法的数值研究

采用三维有限差分方法模拟偶极子声源在含钻铤的各向异性地层井孔中激发的声场,研究地层各向异性对偶极模式波频散特征的影响,并提出从随钻四分量偶极子声波数据中提取地层快、慢横波慢度及其各向异性的方法。结果表明,偶极子声源在各种地层井孔中均可激发对横波慢度的方位各向异性敏感的偶极模式波:对于快速地层,F2模式的低频部分对地层横波慢度及其方位各向异性最为敏感;对于中速和慢速地层,弯曲波较高频率部分对地层横波慢度较为敏感。采用各向同性地层建模的方法可以较为准确地提取地层的快、慢横波慢度,提取结果的误差小于4%。     

地质力学特征评价新方法在导向钻井优化中的应用

针对常规导向钻井技术在适用范围、预测能力与运行成本等方面的局限性,在考察岩石物理及力学参数和地球物理信息之间定量关系的基础上,将地震反演、地质统计、地震属性分析、岩石力学方法与钻井工程实际需求密切结合,提出地质力学特征评价新方法,基于其对导向钻井系统进行优化。新技术以常规地震和测井资料为基础,充分结合钻井、录井等实钻信息,钻前建立地质力学初始模型用于钻井设计,钻进过程中参考实钻资料随钻修正并更新钻前模型用于钻井工艺实时优化,其关键环节是准确预测钻头前方待钻地层的强度、地应力、孔隙压力、坍塌压力、破裂压力等力学参数。以井壁稳定预测及其工程运用为重点,论述导向钻井优化中岩石力学理论和地球物理算法结合运用的思路与技术流程,将该方法在西南、西北复杂探区进行应用。现场应用表明,优化的导向钻井系统可以达到理想的参数预测精度与工艺优化效果,指导安全、优质、快速、低成本钻井的能力得到了提高。     

模糊综合评价法在钻井公司国际化经营战略定位中的应用

战略成本动因分析可以为企业的战略定位提供战略性信息。依据我国钻井公司战略成本动因分析提供的战略性信息,采用改进的模糊综合评价SWOT法,对我国钻井公司进行国际化经营的战略定位,并据此进行相应的实证研究。结果表明,改进后的SWOT法有助于提高我国钻井公司国际化经营战略定位的科学性与准确性。