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非均质地层全尺寸PDC钻头破岩实验研究

实验技术与管理 2023年第3期40卷 44-51页

作者：庞照宇幸雪松武治强马茂原毛良杰中海石油(中国)有限公司北京研究中心北京100028 西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室四川成都610500

随着深层油气资源的勘探开发,多钻遇非均质性强、可钻性差等复杂难钻地层,从而导致钻头适应性差、钻井效率低下,大幅延长钻井周期和钻井成本。因此,针对非均质地层钻头适应性差等问题,该研究利用全尺寸钻头实验架,开展了多类非均质岩心... 详细信息

随着深层油气资源的勘探开发,多钻遇非均质性强、可钻性差等复杂难钻地层,从而导致钻头适应性差、钻井效率低下,大幅延长钻井周期和钻井成本。因此,针对非均质地层钻头适应性差等问题,该研究利用全尺寸钻头实验架,开展了多类非均质岩心全尺寸钻头破岩实验,对比分析了不同非均质性地层对PDC钻头动力学特性(动态钻压、扭矩、进尺和三向加速度)的影响。研究结果表明:PDC在穿越地层交界处时,会产生剧烈的振动;从软地层穿越到硬地层,PDC钻头的激振要比从硬地层穿越到软地层更强;两种地层性质之间的差距越大,PDC钻头穿越两种地层交界处时振动越强。研究结果可为非均质地层钻进钻头选型提供一定的理论指导。

关键词：非均质地层全尺寸钻头实验钻头动力学特性

隧道下穿施工引起既有隧道及地层变形预测的改进随机介质理论模型

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岩土工程学报 2023年第2期45卷 301-309页

作者：徐强朱永全雷升祥刘勇赵伟方智淳王聪徐硕石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043 石家庄铁道大学交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 中国铁建股份有限公司北京100855 中铁十八局集团有限公司天津300222

新建隧道下穿既有隧道施工时,由于传统随机介质理论无法考虑既有隧道的影响,地层变形预测结果易出现较大误差。考虑隧道开挖后断面的非均匀收敛,基于随机介质理论与Peck公式两者关键参数之间的关系,对传统随机介质理论进行了简化和改进... 详细信息

新建隧道下穿既有隧道施工时,由于传统随机介质理论无法考虑既有隧道的影响,地层变形预测结果易出现较大误差。考虑隧道开挖后断面的非均匀收敛,基于随机介质理论与Peck公式两者关键参数之间的关系,对传统随机介质理论进行了简化和改进;应用隧道衬砌抗弯刚度等效及当层法,对非均质地层和既有隧道进行了等效处理,提出了隧道下穿施工引起的既有隧道及地层变形预测模型,结合相关典型工程验证了该理论模型的准确性。结果表明:与传统随机介质理论相比,预测模型对既有隧道及地层的变形预测曲线均呈“宽而浅”的特点,与数值计算及现场实测结果的关联度更大,具有更高的合理性和准确性,为隧道下穿施工引起的既有隧道及地层变形预测提供了理论依据。

关键词：下穿随机介质理论抗弯刚度等效当层法非均质地层

基于极上限分析的临水深基坑围护结构主动土压力计算

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工程力学 2022年第11期39卷 196-202,256页

作者：关振长黄金峰何亚军宁茂权福州大学土木工程学院福建福州350116 中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430064 海峡(福建)交通工程设计有限公司福建福州350004

沿江临河修建的深基坑中,临水岸坡与基坑围护结构构成了有限宽度土体,其土压力计算方法与常规模式有较大不同。基于极上限分析法,运用改进多线段滑裂面生成技术,推导非均质临水深基坑围护结构主动土压力的上限解;并在均质土条件下,与传... 详细信息

沿江临河修建的深基坑中,临水岸坡与基坑围护结构构成了有限宽度土体,其土压力计算方法与常规模式有较大不同。基于极上限分析法,运用改进多线段滑裂面生成技术,推导非均质临水深基坑围护结构主动土压力的上限解;并在均质土条件下,与传统直线或对数螺线滑裂面假定的计算结果进行对比验证。将上述计算方法运用于福州地铁5号线农林大学站基坑工程实例,认为围护结构主动土压力随水位的上升近似呈线性增大,随坡坑宽高比增大呈先快速增长后趋于稳定的趋势;当坡坑宽高比大于0.7时,主动土压力开始趋于稳定,说明滑裂面由模式Ⅰ(相交于坡面)过渡到模式Ⅱ(相交于坡顶)。进一步地,基于支撑刚度折减的数值模拟结果表明,临江侧土体滑裂面形态、围护结构主动土压力及合力作用点位置与理论计算结果较为吻合。上述研究成果可为临水深基坑围护结构的科学设计提供参考借鉴。

关键词：临水深基坑主动土压力有限宽度岸坡极上限分析非均质地层多线段滑裂面

基于高干度泡沫实验的非均质咸水层CO_(2)封存能力分析

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天然气工业 2024年第4期44卷 46-55页

作者：李松岩马芮党法强中国石油大学(华东)石油工程学院

CO_(2)咸水层封存是实现“碳中和”目标的一项重要技术手段。高干度泡沫不仅能更好地控制CO_(2)流度而且还能适应地层的非均质性,明显提高了咸水层的空间利用效率。为探究高干度CO_(2)泡沫在非均质咸水层中的调剖效果与CO_(2)封存能力,... 详细信息

CO_(2)咸水层封存是实现“碳中和”目标的一项重要技术手段。高干度泡沫不仅能更好地控制CO_(2)流度而且还能适应地层的非均质性,明显提高了咸水层的空间利用效率。为探究高干度CO_(2)泡沫在非均质咸水层中的调剖效果与CO_(2)封存能力,利用自行设计的高温高压驱替实验装置,进行了不同渗透率级差的并联岩心CO_(2)泡沫驱室内实验研究,分析了驱替过程中岩心的气液产出情况与CO_(2)饱和度的变化规律,指出了不同渗透率级差非均质岩心模型的碳封存效果与机理。研究结果表明:①与CO_(2)气驱相比高干度泡沫驱用于CO_(2)咸水层埋存具有更大优势,当岩心渗透率级差介于2.6~10.8时,泡沫均能有效封堵高渗透岩心,使阻力因子维持在36左右,增大了驱替压差与低渗透岩心的产气、产液速度;②岩心中气相饱和度与渗透率存在一定关系,当岩心的渗透率小于2450 mD时,最高气相饱和度随渗透率增加而增大,当渗透率超过2450 mD时,岩心最高气相饱和度在80%左右;③采用高干度泡沫驱可以有效扩大岩心中CO_(2)封存量,渗透率级差为4时,泡沫驱的CO_(2)封存体积较气驱增长219%,当渗透率级差扩大至10.8,CO_(2)封存量能始终维持在较高水平。结论认为,咸水层条件下CO_(2)泡沫驱替实验探究了CO_(2)封存能力变化,提供了非均质储层提高碳封存效率的实验认识,可为非均质咸水层中CO_(2)的地质封存技术优化提供参考和借鉴。

关键词：碳中和 CO_(2)地质封存高干度泡沫咸水层非均质地层封存效率

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非均质地层地质剖面的随机预测模型

地下空间与工程学报 2016年第1期12卷 84-89页

作者：雷进生夏磊王乾峰曹雪廷陈建飞三峡大学土木与建筑学院湖北宜昌443002

基于目标要求进行非均质地层的地质建模,对地层局部地质信息的变异和随机性进行精细化描述和预测。基于随机分形理论,结合地质勘探资料,以孔隙率作为区域土层物性参数的数据源,采用改进数盒子法对钻孔数据分析和计算出分形维度,并应用Di... 详细信息

基于目标要求进行非均质地层的地质建模,对地层局部地质信息的变异和随机性进行精细化描述和预测。基于随机分形理论,结合地质勘探资料,以孔隙率作为区域土层物性参数的数据源,采用改进数盒子法对钻孔数据分析和计算出分形维度,并应用Diamond-Square方法,考虑多个随机变量的相互关联作用,建立了孔隙率、渗透率等土层物性参数的随机分布预测模型。针对土层的地质点参数的相关性和其他不确定性因素,提出土性参数不确定性数学模型,并给出了土层中压缩模量与孔隙率之间的关系。

关键词：非均质地层地质剖面孔隙率随机分形预测模型

非均质地层锥形辅助切削齿PDC钻头设计与试验

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石油钻探技术 2018年第2期46卷 58-62页

作者：汪为涛中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院山东东营257000

为了提高PDC钻头在非均质地层中的机械钻速和延长钻头使用寿命,研制了带有锥形辅助切削齿的PDC钻头。该钻头以PDC齿为主切削元件,锥形齿和PDC齿为副切削元件,开始工作时以PDC切削齿剪切破岩为主,当PDC切削齿吃入地层到一定程度后,锥形... 详细信息

为了提高PDC钻头在非均质地层中的机械钻速和延长钻头使用寿命,研制了带有锥形辅助切削齿的PDC钻头。该钻头以PDC齿为主切削元件,锥形齿和PDC齿为副切削元件,开始工作时以PDC切削齿剪切破岩为主,当PDC切削齿吃入地层到一定程度后,锥形齿开始犁削岩石形成裂纹,有助于PDC齿以较小切削力破碎岩石;相邻2个刀翼的后排齿分别布置锥形齿与PDC齿,用于钻头钻进后期的提速提效,既具有常规PDC钻头破岩效率稳定的特点,又具有锥形齿在非均质地层破岩效率高的特点。现场试验表明,与常规PDC钻头相比,锥形辅助切削齿PDC钻头在非均质地层中使用寿命长、机械钻速高。锥形辅助切削齿PDC钻头的成功研制,为钻进非均质地层提供了一种新的高效破岩工具。

关键词：非均质地层锥形辅助切削齿 PDC钻头破岩效率丁页5井足202-H1井

非达西裂隙流对渗透性基岩中流场及溶质羽的影响

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地球科学 2020年第2期45卷 693-700页

作者：李一鸣文章中国地质大学环境学院湖北武汉430074

以基岩渗流方向与裂隙轴向呈45度角为例,探讨了当裂隙轴向与基岩水流斜交时,裂隙流的非达西程度对流场及溶质运移的影响.使用Comsol Multiphysics多物理场仿真软件构建了一个在中部包含水平单裂隙的正方形多孔介质模型,裂隙中的非达西流... 详细信息

以基岩渗流方向与裂隙轴向呈45度角为例,探讨了当裂隙轴向与基岩水流斜交时,裂隙流的非达西程度对流场及溶质运移的影响.使用Comsol Multiphysics多物理场仿真软件构建了一个在中部包含水平单裂隙的正方形多孔介质模型,裂隙中的非达西流用Izbash方程去刻画,裂隙的上游基岩中存在持续的溶质源.随着裂隙水流的非达西程度逐渐增强,流场及污染物分布表现出如下特征:(1)裂隙中水流流速逐渐增大;流线在裂隙与基岩界面处的折射逐渐偏离折射定律;(2)裂隙水流的流向逐渐偏向基岩水流的渗流方向;(3)溶质羽宽度变宽但对称性逐渐降低;(4)溶质在水平方向上的浓度峰值逐渐降低,右侧浓度逐渐升高;(5)裂隙产生的回弥散对溶质运移作用逐渐增强,使裂隙中更多的溶质运移到了上层基岩中.总体而言,裂隙流的非达西程度对流场及污染物分布有着显著的影响.

关键词：非均质地层优先流 Izbash方程溶质运移溶质羽环境地质

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黄土非均质多级高边坡稳定分析上限解

武汉大学学报(工学版) 2023年

作者：闫超王红雨曹静亢文涛李其星宁夏大学土木与水利工程学院宁夏送变电工程有限公司

分级放坡开挖是高边坡工程提高稳定性常采用的一种工法，但对于非均质分级边坡的稳定性分析还有待进一步研究。文中针对黄土高边坡的天然水平分层和多级坡面的特点，构建满足运动许可的2种破坏模式，推导出相应的功能平衡方程，采用强... 详细信息

分级放坡开挖是高边坡工程提高稳定性常采用的一种工法，但对于非均质分级边坡的稳定性分析还有待进一步研究。文中针对黄土高边坡的天然水平分层和多级坡面的特点，构建满足运动许可的2种破坏模式，推导出相应的功能平衡方程，采用强度折减技术进行边坡安全系数分析，并利用序列二次规划法对边坡安全系数上限解寻优。然后，以宁夏黄土丘陵地区妙岭750kV变电站高边坡工程作为算例，进行安全系数上限解和影响因素的相关分析。同时，利用极限分析有限元软件建立该工程高边坡数值模型，将模拟结果与本文上限解作了对比分析。结果表明：所构建破坏机制的上限解介于数值模拟上限解与下限解之间，优化后的上限解潜在危险滑移面与模拟结果相吻合；边坡安全系数分别与内摩擦角、台阶宽度近似呈线性变化，且随黏聚力比的增大先增加后平稳；构建的2种机动许可破坏模式有各自的适用条件，否则会产生一定计算误差。

关键词：极限分析上限解破坏机制非均质地层多级边坡安全系数

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非均质地层PDC钻头开发与应用

设备管理与维修 2023年第10期 96-97页

作者：王晓彦田东彬李辉耿付恒渤海石油装备(天津)中成机械制造有限公司天津300280 渤海钻探工程有限公司井下技术服务分公司天津300280

针对川渝川中古隆起北部上部井段地层非均质性强、砂泥岩交互剧烈、含石英质成分夹层,钻进困难,普通PDC钻头进尺少、机速慢、报废率高等问题,开发针对性的高效PDC钻头,新型PDC钻头具有五刀翼、轴向及横向稳定控制、抗涡动等特征,既可在... 详细信息

针对川渝川中古隆起北部上部井段地层非均质性强、砂泥岩交互剧烈、含石英质成分夹层,钻进困难,普通PDC钻头进尺少、机速慢、报废率高等问题,开发针对性的高效PDC钻头,新型PDC钻头具有五刀翼、轴向及横向稳定控制、抗涡动等特征,既可在泥岩段钻进中保持高机速,也可在砂岩含底砾等软硬交互井段钻进中保持稳定性。现场应用表明其具有行程高、机速快的特点,大大提高了钻井效率,形成了契合非均质地层针对性的设计方法。

关键词： PDC钻头非均质地层高行程抗涡动