深部泥页岩水化特性研究

石油工程深部泥页岩吸水量很小,但也易产生严重水化井塌。室内用X衍射仪分析深部泥页岩黏土矿物成分构成主体为伊蒙混层。常温压浸泡泥页岩块,蒸馏水浸泡后岩块强度迅速降低甚至破碎,饱和KCl溶液浸泡强度降低30%~40%,K+向岩块内部运移防止黏土矿物水化。扫描电镜观察深部泥页岩分布大量不规则微米级孔缝,自由水分子在毛管力作用下进入岩体内部,黏土胶结物溶解强度下降及高强度缝尖应力导致岩石微裂缝不断扩展发生破坏。现场钻井宜使用K+抑制黏土矿物水化,钻具提放及停开泵应平缓防止损伤井壁泥页岩体。     

泥页岩水化膨胀的非线性蠕变模型

泥页岩井壁岩石受到地下流体与入井流体的影响,具有明显的流变效应。根据泥页岩水化膨胀的流变力学行为,借鉴经典元件组合模型的建模思路,提出一种新的膨胀模型,将泥页岩水化膨胀蠕变过程的膨胀元件与黏性元件并联,结合非线性黏塑性体,能有效地模拟泥页岩水化膨胀的蠕变过程。该模型既能反映岩石水化膨胀后的衰减蠕变阶段和稳定蠕变阶段,又能反映岩石在高应力下的加速蠕变阶段的水化膨胀非线性蠕变过程。文中取长7泥页岩进行了蠕变试验,通过实验数据拟合发现,该模型可以很好地描述泥页岩水化膨胀后岩石的蠕变特性。     

准噶尔盆地玛湖凹陷泥页岩水化特性及分类研究

准噶尔盆地玛湖凹陷在使用水基钻井液钻进时,因所用钻井液体系与地层配伍性差,导致地层崩落掉块严重,井壁失稳频发;且储层损害较大。为解决所存在的问题,对取自玛湖凹陷的岩样进行了全岩矿物成分与黏土矿物分析。在相关分析的基础上对该区块泥页岩的水化特性进行了预测;并通过水化膨胀与水化分散实验对所预测的泥页岩水化特性进行了验证。在室内实验的基础上,建立了泥页岩水化特性分类图版概念;并利用此图版对玛湖凹陷泥页岩的水化特性进行了准确和直观的分类界定,为今后开展的适用于该区块的多元协同钻井液体系中各个单元的权重设计,以及整个钻井液体系的技术研究提供了重要的理论指导依据,最终实现钻井液体系与地层的配伍,服务钻井作业。     

树枝状聚合物PAMAM葛根素复合物的制备及肠吸收研究

制备树枝状聚合物G3,G4,G5 PAMAM葛根素复合物,研究其在大鼠不同肠段的吸收情况.采用大鼠离体外翻肠囊法、高效液相色谱法测定葛根素大鼠小肠吸收参数,以未加PAMAM组作为空白对照组,计算累积透过量及表观通透系数(Papp).葛根素在空肠及回肠段吸收明显,表观通透系数分别为(2.98±0.22)×10-6、(3.94±0.30)×10-6cm·s-1,PAMAM与葛根素形成复合物能增加葛根素大鼠小肠累积透过量及表观通透系数.其中G5 PAMAM对葛根素促进作用最为显著,葛根素空肠、回肠段表观通透系数分别增加了2.78、2.22倍(P＜0.05).PAMAM能有效促进葛根素大鼠小肠吸收.     

泥页岩水化-力学耦合模拟实验装置的研制

为进一步深入井壁稳定机理研究，利用压力传递原理推导了泥页岩极低渗透率计算公式，并给出了半透膜移率的计算公式，研制了泥页岩水化-力学耦合模拟实验装置（SHM仪），建立了压力传递实验新方法。利用该方法定量测定了泥页岩极低渗透率和泥页岩与水基钻井液体系半透膜效率。结果表明，具有极低渗透率的泥页岩与水基钻井液之间存在半透膜效应，半透膜效率与无机盐的种类有关，且泥页岩渗透率和半透膜效率可通过物理-化学的方法得以改善。     

泥页岩水化-力学耦合模拟实验装置的研制

为进一步深入井壁稳定机理研究,利用压力传递原理推导了泥页岩极低渗透率计算公式,并给出了半透膜效率的计算公式,研制了泥页岩水化-力学耦合模拟实验装置(SHM仪),建立了压力传递实验新方法.利用该方法定量测定了泥页岩极低渗透率和泥页岩与水基钻井液体系半透膜效率.结果表明,具有极低渗透率的泥页岩与水基钻井液之间存在半透膜效应,半透膜效率与无机盐的种类有关,且泥页岩渗透率和半透膜效率可通过物理-化学的方法得以改善.     

泥页岩重塑样三向膨胀力试验

利用岩土三向膨胀力仪对准格尔膨胀泥页岩重塑样进行了不同初始含水率、不同干密度的三向膨胀力试验。结果表明:(1)经过单向压缩的重塑样存在各向异性,竖向膨胀力始终大于径向膨胀力,随干密度增大各向异性更加显著;(2)干密度越大膨胀力越大,二者呈指数变化;(3)初始含水率越大膨胀力越小,二者呈线性变化,干密度越大,膨胀力随初始含水率变化的速率就越大。     

水化对泥页岩地层“安全”钻井的影响

泥页岩地层与其它“惰性”岩石不同,当其与水基钻井液接触时,岩体强度、内部应力都将随钻井液类型及地层与钻井液的接触时间变化而变化,因此,一个有效的力学本构方程应该能够体现出发生在泥页岩地层中的力学和物理化学动态过程,Yew C H等在这一领域作了开创性工作;并引用Yew C H等提出的水化应力模型,计算分析了水化对水敏性泥页岩地层井周应力分布状态,地层坍塌应力和破裂应力的影响。     

聚胺页岩黏土水化膨胀抑制剂NH-1作用机理研究

从黏土矿物水化类型和作用力出发,结合NH-1的分子结构,研究了聚胺页岩黏土水化膨胀抑制剂NH-1的作用机理。研究结果表明,聚胺页岩抑制剂NH-1对页岩黏土水化膨胀的抑制作用包含4个方面:一是强吸附作用,抑制黏土的表面水化;二是离子交换作用,抑制黏土离子水化和渗透水化;三是插层作用,NH-1插入到蒙脱石001晶面中,抑制黏土水化膨胀;四是减弱地层的毛细管力,抑制黏土水化膨胀。并分别通过红外光谱、X射线衍射、表面张力及接触角测量验证了NH-1的抑制机理。用岩心渗透率实验测定了聚胺页岩抑制剂NH-1对低渗透地层的伤害,结果表明NH-1的加入对低渗透地层无伤害。     

水敏性泥页岩地层与钻井液接触时水化能力的实验研究

地层与泥浆组成体系的扩散吸附常数及井眼围岩吸附水增量分布是水敏性泥岩地层井壁稳定性研究所需的重要参数,其影响因素相当复杂,很难通过室内简单实验进行测定。本文从室内长岩心岩电流动实验出发,对利用测井参数确定扩散吸附常数及井眼围岩吸附水增量分布的方法进行了研究,结果表明通过对静滤失状态下侵入方向电阻率剖面的定量分析,可以使扩散吸附常数及井眼围岩吸附水增量分布得到唯一确定。而且该方法较之目前所见方法简单且容易操作。     

橡胶聚合物在碳氢溶剂中的膨胀特性

为了验证碳氢有机溶剂在橡胶中的运输机理及运输特性,并为后期研究吸热型碳氢燃料与橡胶的相容性做准备,用浸泡/称量法对硫磺硫化体系(分别填充快压出炭黑和SiO2)、过氧化物硫化体系和混合硫化体系的天然橡胶在有机溶剂中的膨胀现象进行了研究。膨胀达到平衡时,快压出炭黑填充的硫磺硫化体系具有最小的溶剂吸收量,过氧化物硫化体系具有最大的溶剂吸收量。分别研究了交联密度、溶剂分子和温度对有机溶剂在橡胶中扩散的影响规律,并从热力学角度进行了详细分析。结果表明:实验所用橡胶-溶剂系统中,扩散结果偏离了Fick模型,为无规则扩散,且扩散系数随溶剂摩尔体积、相对分子质量、分子链的长度增加而减小;交联密度增加时溶剂的扩散减少,橡胶吸收溶剂的量减小;对二甲苯和丙苯比实验所用的烷烃有机溶剂更易使橡胶膨胀;在实验温度范围内,温度升高时橡胶的吸收量增加。     

砂页岩中泥化夹层的工程地质特性分析

针对我国华北地区分布广泛的砂页岩中存在不特定发育的泥化夹层,当作为建筑物地基时,存在软弱、变形量大、抗剪强度低等问题,文中依据多个大中型工程的地质勘察成果,在大量现场试验和室内试验资料的基础上,深入分析了泥化夹层的特点、成因、膨胀性和抗剪性能;对工程建筑物地基中有可能出现泥化夹层时,提出了在砂页岩地区进行工程地质勘察应该注意的事项和工程处理措施,以期为今后在砂页岩中建设的工程项目提供借鉴。     

东海油气田深部泥页岩特性及钻井液技术研究

针对东海油气田从玉泉组到平湖组钻井过程经常出现剥落掉块导致蹩钻、蹩扭矩、起下钻遇阻等问题，开展了东海油气田泥页岩特性及钻井液技术研究，研究中采用了X射线衍射、理化性能测试、扫描电镜以及高压压汞分析了东海地区泥页岩井壁失稳的机理，提出了纳微米微孔封堵和活度平衡的钻井液技术对策，获得了一套适合于东海油气田深层泥页岩井壁稳定的海上反渗透型钻井液技术并开展了室内评价和现场应用，应用井与邻井相比，12(1/4)"井段划眼时间从137.75 h减少到39.50 h，循环时间从56.75 h减少到35.75 h，单井划眼和循环时间节约近5 d。     

管廊混凝土中镁质膨胀剂的水化与膨胀特性研究

地下管廊混凝土易产生收缩变形和渗漏开裂等病害,严重影响管廊结构安全和服役寿命。在管廊混凝土中掺加膨胀剂,可补偿其收缩变形,降低开裂。该文使用镁质膨胀剂,通过差热/热重分析仪对比不同温度对镁质膨胀剂的水化程度的影响,采用X射线衍射分析和扫描电镜研究不同龄期和水泥掺量下镁质膨胀剂的水化程度和水化产物形貌,分析其对混凝土收缩补偿效果。结果表明:镁质膨胀剂随养护温度升高水化加快,在50℃养护条件下的反应速率约是20℃养护条件下的2倍,水化产物特性无改变;镁质膨胀剂在大量水泥中水化呈六方板状,晶体尺寸小于0.1μm,易聚集在水泥水化产物周围,产生局部膨胀开裂。掺镁质膨胀剂管廊混凝土由收缩转变成微膨胀,随掺量和养护龄期增加,混凝土试件膨胀率会逐渐增加,养护到90 d后,膨胀速率逐渐变缓,可避免混凝土管廊胀裂风险。     

炭质泥页岩剪切破坏声发射特性及其分形特征

为了探究炭质泥页岩损伤细观机制和破坏前兆特征,通过剪切破坏声发射试验,结合分形理论,采用G-P(Grassberger-Procaccia)算法对振铃计数、能量、振幅进行相空间重构和关联维数计算,分析关联维数在炭质泥页岩破坏全过程的演化规律。结果表明：声发射活动在岩石不同变形阶段活跃程度不同,且在破坏前存在平静期;振铃计数、能量、振幅都具有分形特征,三者的关联维数在破坏全过程呈现出“升维—动态波动—降维”的演化规律;关联维数的降维现象出现在岩样破坏前,可作为炭质泥页岩失稳破坏的前兆特征;综合对比发现,与振幅和振铃计数相比,能量关联维数的降维现象更显著,持续时间更长,更适合作为炭质泥页岩失稳破坏的前兆特征。     

含水状态下硬脆性泥页岩蠕变特性实验研究

对岩石进行不同含水率下三轴蠕变实验,试样在整个加载过程中,经历了衰减蠕变、等速蠕变和加速蠕变三个蠕变阶段。根据不同含水率岩样的等时应力应变曲线,可以看出泥页岩的蠕变是非线性的;并且随含水率和应力水平的提高,应力应变的非线性程度也增大。在相同的外载条件下,随着含水率的增加,泥页岩的蠕变变形增加、蠕变进入稳定阶段所需的时间越长;而岩石长期强度呈减小的趋势。说明对于泥页岩地层的钻井施工,需要考虑泥页岩的时效变形行为及流变效应。     

纤维增韧地质聚合物改良膨胀土力学特性试验

针对膨胀土对工程建设的危害,提出一种纤维加筋和化学改良相结合的技术,开展无侧限抗压强度试验,探讨固化剂类型和掺量、碱激发剂的掺入、玄武岩纤维掺量以及养护龄期对改良膨胀土无侧限抗压强度的影响。研究结果表明:双掺矿渣微粉-粉煤灰(GGBS-FA)的改良效果优于单掺,GGBS-FA的最优掺量为20%,并且掺入碱激发剂Na_2SiO_3的改良效果较好,碱激发GGBS-FA改良土的强度比GGBS-FA改良土的提高了107%;随着纤维掺量的增加,改良土的强度呈现先增大后减小的趋势,GGBS-FA改良土的纤维最优掺筋率为0.6%;改良土的强度随着养护龄期的延长逐渐提高。龄期越长,改良土的脆性越大,韧性越差。     

聚合物分散液晶的柔性显示单元电光特性研究

为了聚合物分散液晶能应用于可柔性大面积显示,用表面沉积了ITO透明导电膜的PET塑料薄膜作为液晶盒的基板,在不同工艺条件下制作了样品.分析了制作条件对聚合物分散液晶膜电光特性的影响,尤其是对饱和驱动电压和对比度的影响.通过样品电光特性的分析研究,寻找一种降低聚合物分散液晶饱和驱动电压,提高其对比度的方法.     

聚合物分散液晶全息光栅红外波段电光调制的特性

研究了聚合物分散液晶全息光栅在1 550 nm红外通信波段的电光调制特性，定性分析了不同驱动电压和不同频率的调制电场在红外波段上对聚合物弥散液晶全息光栅衍射效率和透射效率的影响.通过电介质理论，解释了交变调制电场的频率会改变聚合物弥散液晶全息光栅的介电常数，从而对电光调制的效果产生影响；验证了聚合物弥散液晶全息光栅作为红外光通信掺铒光纤放大器增益均衡器的可行性.     

葡萄藤材和水泥混合物的水化特性

对葡萄藤材和水泥混合物的水化特性进行了分析研究,考察了葡萄藤材作为水泥复合板原料的可行性。将藤粉、水泥和水按一定比例均匀混合,并用自制的测温装置测定混合物的水化温度曲线,然后计算葡萄藤材对水泥的阻凝系数及适合系数,以此评定葡萄藤材与水泥的相适性。结果表明:葡萄藤材的糖类抽提物对水泥水化有抑制作用,不能直接作为水泥复合板的原材料;加入CaCl2后能够显著改善这一状况,但仍无法满足生产所需;对葡萄藤材分别进行冷水、热水和化学浸提预处理并添加CaCl2,可进一步改善葡萄藤材与水泥的相适性,预处理作用效果为:1%NaOH最佳,热水次之,冷水最差。