富水弱胶结砂岩破坏特性与优化措施

敞开式TBM以其“速度快、强度低、效益好”等特点愈发在地下工程施工中得到广泛应用,同时随着我国加大西部地区基础设施和能源的开发力度,施工过程中将面临越来越多弱胶结砂岩地层,在该地层应用敞开式TBM难度极大,施工中经常发生冒顶、片帮、撑靴力不足的情况。为了早日投产,可可盖煤矿将在全世界范围内首次应用敞开式TBM进行斜井掘进,针对施工中穿越洛河组地层围岩强度低、胶结弱、涌水量大的情况,在已有研究基础上,借助现场实测、室内试验等多种研究手段,对洛河组富水弱胶结砂岩矿物成分及含量、孔隙结构等物理特性及微观结构进行了研究。试验结果表明该组岩层孔隙率达到25.6%,透水性强,且含有15%左右的粘土矿物,具有一定膨胀性,建议注浆时采用超强渗透性的纳米级注浆材料,改善注浆效果。在此基础上进行了不同含水率、不同围压下的三轴压缩试验,试验结果表明提高径向应力对控制围岩具有明显效果,创新性提出了“超前加固+锚网索+纳米级浆液注浆”的支护优化措施,数值模拟与现场应用结果表明优化后围岩破碎变形得到显著改善,实际掘进速度从10m/天提高到17m/天,极大提升了掘进效率与安全性。     

弱胶结软岩巷道稳定性影响因素数值模拟研究

为研究影响弱胶结软岩巷道围岩稳定性的因素,以宁夏榆树井煤矿11801工作面顺槽为工程背景,采用FLAC3D程序,对弹性模量、内摩擦角、粘聚力、地应力、侧压系数及支护阻力对围岩位移的影响规律进行数值模拟。研究表明:弹性模量和粘聚力的变化对巷道围岩变形量的改变有显著的影响,而内摩擦角的影响与前两者相比较小,且一定范围内,弹性模量和粘聚力的变化对巷道顶底板收敛量的影响大于对两帮收敛量的影响,而内摩擦角的变化致使巷道四周围岩变形非对称的特征不明显;垂直应力和侧压系数的改变对顶底板围岩位移量的影响较大,对两帮的影响相对较小,侧压系数的大小是影响围岩变形的关键;较高的支护阻力能够迅速降低围岩的变形量,尤其是顶底板的位移量。研究成果可为巷道支护设计,围岩控制等工程实践提供依据。     

胶结充填对采场稳定性的影响

为了研究胶结充填对采场稳定性的影响,通过介绍充填体的作用机理,结合焦家金矿采矿生产实践,运用FLAC分析软件对采场进路回采顺序进行数值模拟计算,揭示了采场应力分布规律和采场破坏机理,同时分析了采场进路不同回采顺序对采场稳定性的影响,并据此提出了较优的回采顺序,为采矿生产提供了理论依据.     

水平井压裂裂缝起裂及裂缝延伸规律研究

水平井压裂可以有效提高低渗透油气藏水平井的采油速度和最终采收率,裂缝起裂和裂缝延伸规律是水平井压裂的关键问题之一.建立了水平井压裂裂缝起裂压力计算模型,通过分析求解模型可以得出:井筒方位角不同,最小水平主应力和垂直主应力对裂缝的起裂压力影响规律不同,在井筒方位角为0°时最不容易起裂,而在井筒方位角为90°时最容易起裂;对比分析了现有裂缝延伸模型,得出全三维裂缝延伸模型适合水平井压裂裂缝延伸模拟;分析了产层和盖层的应力差对裂缝缝高的影响,计算结果表明,当隔层与产层的应力差大于5MPa时,裂缝被限制在产层内.     

泥化弱胶结软岩巷道底板变形破坏机理分析

煤矿软岩巷道极易发生变形破坏,底臌量大是其重要的特征.以新上海一号煤矿副井绕道巷道为工程背景,研究了泥化弱胶结软岩巷道底板的变形破坏机理.从现场选取岩样进行室内实验,研究发现围岩具有强度低、胶结程度差、遇水泥化软化、吸水膨胀等特殊的物理力学性质;结合现场监测数据和数值模拟结果,巷道底板变形速度快、持续时间长、总变形量大且不收敛,是以流变和膨胀为主的非线性大变形;底板破坏与变形增加的趋势一致,塑性区发展速度前期快,后期慢,但范围不断扩大;通过机理分析,巷道底板的变形破坏是在水和构造应力耦合作用下的恶性循环的结果,底臌为流动膨胀复合型,治理的关键是治水和加强支护.以上述理论为指导,对巷道支护方案进行了优化,监测数据显示底板变形破坏得到了有效控制.     

裂缝性地层中水平井压裂裂缝起裂新模型

对裂缝性地层中的水平井进行水力压裂时,井筒附近的天然裂缝会对压裂产生影响。现有压裂裂缝起裂压力计算模型所考虑的影响因素各有侧重,且尚未考虑井筒附近天然裂缝产生的诱导应力场对起裂压力造成的影响。本文基于弹性力学及岩石力学理论,综合考虑了井筒周围天然裂缝的诱导应力、压裂液渗滤效应、岩石温度变化、封隔器影响等因素,建立了一个适用于裂缝性地层中的水平井压裂裂缝起裂压力计算模型,且计算简便便于推广。本文根据实例计算分析了天然裂缝影响起裂压力的各个因素,并进行了对比。计算结果表明,一定条件下井筒周围天然裂缝对起裂压力影响明显,采用以前的起裂压力计算模型误差较大。     

青海油田乌101区块整体压裂数值模拟研究

水力压裂是低渗透油藏增产改造的主要措施。针对青海油田乌101区块低渗透油藏的地质特点,对压裂井的压裂效果和难点进行了分析;对给定的五点井网进行了整体压裂优化研究,研究了不同裂缝长度和导流能力对压裂井产能的影响,在此基础上采用正交设计方法进行了整体压裂综合研究。结果表明:对于五点井网,井距一定,压裂效果并不是缝长比和导流能力越大越好,而是存在一个合适的范围,并通过正交分析,得到了最优的裂缝参数。     

泥岩裂缝储层水平井双侧向测井仪器偏心影响分析

双侧向测井是最有效的电阻率测井方法之一,水平井的实际测井过程中由于受到重力的影响,仪器存在偏心,仪器偏心导致测量值与实际值之间存在误差。因此需要对水平井中的双侧向测井的仪器偏心影响进行分析,以减小误差。本文基于三维有限元数值模拟方法,通过数值分析,研究了仪器偏心偏心距、泥岩裂缝孔隙度、空隙流体对水平井中的双侧向测井的影响,并将这些影响因素与仪器居中时进行对比,总结了如何通过仪器偏心影响分析减小误差。     

胶结充填体冲击破坏及损伤演化数值模拟研究

为定量描述胶结充填体在动载作用下的损伤程度及破坏过程,利用数值模拟软件对胶结充填体进行SHPB动态冲击,并通过室内SHPB冲击试验结果验证数值模拟方法的可行性. 对不同冲击速度（1.5 ,1.7 ,1.8 ,2.0 m/s）条件下4种配比胶结充填体（灰砂质量比分别为1∶4, 1∶6, 1∶8, 1∶10）,采用微裂纹密度法定义损伤变量值d,进行损伤规律及破坏过程的数值模拟研究. 结果表明:数值模拟中使用波形整形器可获得更加理想的矩形波,使试件同一平面单元所受应力均匀,无应力集中现象;数值模拟结果很好地展现了胶结充填体的动态破坏过程,其整体破坏趋势为边缘发生剥落后裂纹向内部延伸与贯穿;在加载速度从1.7 m/s增加至1.8 m/s的过程中,损伤变量增大幅度超过10％;冲击速度由1.5 m/s增加至2.0 m/s的过程中,灰砂质量比为1∶4, 1∶6, 1∶8和1∶10的胶结充填体的损伤变量d变化范围分别为0.238～0.336,0.274～0.413,0.391～0.547,0.473～0.617,灰砂质量比1∶6变化至1∶8时,出现明显的损伤“跃升”现象.      

基于分形方法的水力压裂裂缝起裂扩展机理

利用分形几何模型描述岩石断裂裂纹的曲折形态,建立了裂纹分形模型下的岩石应力强度因子表达式。在此基础上,以裸眼井为例分析了井底岩石的起裂压力,并建立了考虑裂纹分形扩展的缝内压力计算模型和裂缝宽度方程。理论分析结果表明,岩石扩展路径的曲折程度对模型的计算结果影响较大,考虑裂纹分形扩展后的模型计算数值大于直线型扩展的计算结果,且考虑裂纹分形模型与直线型模型的裂缝宽度计算值之比随着断裂面分形维数的增大而增大。     

致密薄互层水力压裂裂缝垂面扩展施工因素数值模拟

中国具有丰富的致密油气藏储量,必将成为中国接替的油气资源。致密油藏开发主要依靠水力压裂技术,对于致密薄互层,施工因素作为可控因素,对于现场施工具有重要意义。因此,本文研究针对鄂尔多斯盆地致密储层,低孔低渗、储层厚度薄等特点,以该地区L井F12地层为例,采用Abaqus有限元软件进行了模拟计算,研究了施工过程中的排量以及压裂液黏度对裂缝垂面扩展规律的影响,并且根据实际情况对模型进行验证,确定了模型和模拟方法的准确性。研究结果表明：压裂液的排量对于裂缝的扩展具有重大影响,排量越大,裂缝的扩展速度越快,裂缝的缝高和缝宽越大;压裂液黏度对裂缝的扩展行为影响微乎其微。并进一步分析发现,针对致密薄互层,仅仅只改变压裂液排量和黏度并不能将裂缝控制在储层内,采用变排量控缝高技术辅以其他控缝高手段能够更好地将裂缝控制在储层内,为现场压裂施工提供了基础。     

水对灰质泥岩隧道围岩稳定性影响研究

在灰质泥岩隧道施工过程中,水会导致围岩岩石的物理化学性质发生变化,进而对隧道围岩的稳定性有着重要的影响。基于金盆弯隧道现场的监控量测数据,通过分析雨季和非雨季时相同埋深、相同地质情况下隧道段面的围岩与初期支护之间的压力、初期支护钢支撑的应力及隧道拱顶沉降结果,确定了水作用下,围岩与初期支护之间应力随时间的变化情况、初期支护内力随时间的变化情况以及拱顶沉降随着时间的变化情况。并通过有限元数值模拟软件ABAQUS,模拟隧道开挖后,在有水和无水环境下围岩横向和竖向位移的变化,得到:水的存在导致隧道围岩的拱顶沉降增大,拱腰及边墙收敛增大,进而分析水对围岩的稳定性的影响。通过对比分析拱顶沉降的数值模拟结果与现场监控量测结果,可以看出两者的沉降变化规律相吻合,验证了模型的合理性,从而进一步更改完善施工、设计方案,来保证隧道的安全施工,同时也为今后研究水对围岩岩石性质及围岩稳定性影响的机制提供了参考。     

固井滑套多级分段压裂完井水泥环对地层破裂影响研究

固井开关滑套多级分段压裂完井工艺是为解决胜利油田低渗透难动用储量和非常规油藏的新技术,在非射孔条件下水力能量是否能突破水泥环并成功压裂地层是该工艺面临的主要问题。通过数值模拟结合室内试验,评价该完井工艺中水泥环弹性参数的影响。研究表明,水泥环强度降低过程,储层井周地层最大主应力呈增大趋势,有利于岩石起裂。但增大滑套通道口与原始最大水平地应力间的方位角时,井周地层最大主应力会降低,降低了压裂的进程,使得井周地层应力处于临界应力状态。水泥环胶结强度的数值模拟研究表明一旦突破水泥环后,压开地层效果显著,水泥胶结强度的影响是可忽略的。室内实验证实固井开关滑套压裂完井工艺水泥环在较低的压力下即可破裂,对压裂时压开储层影响不大。研究结论对优化和改进固井开关滑套多级分段压裂完井工艺及其在低渗透储层油藏应用提供了理论支持。     

玛湖致密砾岩裂缝干扰规律

玛湖致密砾岩油藏是目前重要的陆上原油上产的主要组成部分,系统的油藏工程评价显示,其裂缝的扩展规律与页岩为代表的非常规储层具有典型的差异,“绕砾成缝”是其重要的控制机理,裂缝的干扰特征也有显著的差异。本研究基于考虑“基质本构、固液耦合、任意方向破裂表征”的离散元计算模型,研究了砾岩油藏裂缝扩展过程中的干扰规律。研究表明,应力差较小情况下,裂缝受到砾石吸引作用大于应力差作用,加之裂缝间的相互作用,使得裂缝逐渐向两侧发育,裂缝受到砾石阻碍作用,导致相互贯通,裂缝向两侧发育消耗能量,导致裂缝较短,在应力差较大的情况下,应力差作用大于裂缝受到砾石吸引作用,裂缝沿着最大主应力方向发育,裂缝集中发育,主裂缝较长。应力和砾石共同作用下的裂缝和干扰机理的研究为后期不同应力差条件下的合理改造和开发对策提供重要的支撑。     

瓦斯隧道压入式通风风管漏风对瓦斯分布的影响

压入式通风风管漏风对瓦斯隧道施工中的瓦斯分布规律影响颇大。本文以何家坡高瓦斯隧道通风为工程背景,采用计算流体动力学软件Fluent模拟了风管漏风工况下的瓦斯隧道通风案例,分析了漏风面积与漏风位置对隧道瓦斯分布的影响规律。研究结果表明:①风管出风口的射流作用导致掌子面靠近风管一侧无瓦斯聚集,而掌子面与出风口之间的涡流作用导致该区域出现大量瓦斯聚集;②风管漏风面积越大,漏风处上游涡流强度和下游射流强度越大,因此上游瓦斯聚集程度与下游瓦斯稀释程度越明显,两者均随着漏风面积的增加呈线性增加;③风管漏风位置越靠近掌子面漏风处上游瓦斯聚集的程度越明显,瓦斯聚集的增量随轴向距离呈指数减小的关系,风管位置越远离掌子面漏风处下游瓦斯的稀释与扩散程度越显著,瓦斯浓度减小的程度随轴向距离呈指数增大的关系。本文研究结果可为瓦斯隧道施工中的瓦斯监测及传感器布置提供一定的理论借鉴。     

碎屑岩侧钻井泥岩防塌钻井液体系实验研究

针对塔河油田碎屑岩侧钻井在储层上覆泥岩盖层段坍塌掉块、井径扩大,造成封隔器坐封失效的问题,论文结合地层宏观特性及微观结构进行分析,明确了碎屑岩复杂泥岩段的井壁坍塌机理,提出了以抑制为核心的钻井液防塌体系对策,进而通过开展室内实验研究,形成了具有强抑制封堵、低失水和良好润滑携岩性能的钻井液体系。     

大断面隧道瓦斯涌出位置对瓦斯分布的影响规律

大断面瓦斯隧道掌子面上不同的涌出位置对隧道内的瓦斯扩散分布规律影响较大。基于何家坡大断面隧道穿越一定交角煤层的工程背景,采用计算流体动力学软件Fluent模拟了5个不同涌出位置的瓦斯在隧道内的扩散分布规律。研究结果表明：大断面隧道掌子面可划分为3个主要的瓦斯涌出区域,即风筒对侧左下部分(区域Ⅰ)、靠近风筒侧右上部分(区域Ⅲ)和中间部分(区域Ⅱ);瓦斯自掌子面涌出后向洞口扩散的过程依次可以概括为瓦斯聚集、瓦斯扩散与瓦斯稳定分布3个阶段;区域Ⅰ、Ⅱ与Ⅲ涌出的瓦斯分别在0.4H、0.8H与1.3H范围内聚集,并分别在1.2H、1.4H与1.9H范围内扩散,最终分别在1.2H、1.4H与1.9H范围以外稳定分布于拱顶稍偏向风筒对侧,其中,H为隧道的高度。在此基础上,对隧道内瓦斯监测传感器的布局提出了优化方案,可为瓦斯隧道施工中的瓦斯监测及传感器布置提供一定的理论借鉴。     

高等师范院校无机化学实验教学改革初探

本文结合我院化学专业无机化学实验教学改革的实际情况,对高等师范院校无机化学实验教学的改革进行了初步的探索,以便适应素质教育的需要,培养出能力强、素质高的化学教师。     

HEGF中CO气体生成及扩散模拟研究

针对低渗透油气田在高能气体压裂增产措施中CO气体中毒事件,对CO气体生成进行了深入的研究.研究表明HEGF配方本身是产生CO的直接因素.同时,运用物理模拟和数学模拟方法建立了CO大气扩散模型,并考察了井深、气油比、气体泄放速率、大气稳定度等主要因素对CO气体扩散的影响.该研究为建立监控系统提供了基础技术依据,同时对高能气体压裂安全生产具有重要的指导意义.