DL—1型堵漏实验装置的研制设计

ＤＬ－１型堵漏实验装置用对岩芯施加围压、驱压和回压来模拟井壁所受到的挤压和静压差作用，用平板缝隙流动模拟井眼环空的流动状态，使钻井液对岩芯端面和对井壁的剪切应力相同，从而使实验条件与井下环境极其相似。文中阐述了该装置的设计思路、设计要求和方案，介绍了主要结构设计。该装置应用于长庆油田堵漏项目的研究中取得了较好的实验研究效果。     

泵压双管水力反循环钻具中分流器的结构

根据泵压双管水力反循环连续取心钻进及其输送岩样的要求，论述了设计分流器的必要性，探讨了分流器应具备的水力特性，影响分流器结构的因素，最后确定简单可行的分流器结构。     

深厚表土层井壁竖向附加力反演及稳定预测

在深厚表土层中建成的煤矿竖井井壁,开拓和采矿活动或人为疏水造成井壁周围土层固结沉降,土层在固结下沉过程中对井壁外表面施加一个竖直向下的附加力,这一竖直附加力是导致井壁破裂的关键原因.因此,合理确定这一附加力的大小对于分析预测、评价井壁的安全状态有重要意义.为此提出了基于监测信息的应变优化反分析确定附加力的方法,反演了作用在某井壁表土段上的竖向附加力,在此基础上进行了有限元弹塑性数值计算,得到了井壁由弹性进入塑性的发展过程及应力、应变随时间的变化规律,获得了井壁的极限压应变,从而为井壁的信息化监测预警提供了依据.     

岩石卸荷破坏的试验研究

对岩样进行了常规三轴加载后保持轴向变形不变的卸围压试验,得到了峰前、峰后卸围压全过程曲线。对岩样破坏特征和试验结果的分析表明:峰前卸围压岩样表现出脆性剪切破坏的特征,而峰后卸围压表现出张剪破坏的特征,峰前卸围压破坏比峰后卸围压破坏更具有突发性;峰前、峰后卸围压岩样都表现出明显的侧向扩容现象;岩样破坏时的轴向承载能力对围压都很敏感,反应了试件沿破裂面摩擦滑动的结构效应。     

岩石试样围压下直接拉伸试验

圆盘试样巴西劈裂是在拉压应力联合作用下破裂的,Griffith准则认为压应力小于3倍抗拉强度则对岩石拉伸破坏没有影响,这些问题都需要直接的试验验证.在50 mm×100mm试样两端粘结80 mm的拉头,置入液压缸中施加围压,拉头承受轴向载荷引起岩样拉伸;同时利用伺服试验机对拉头施加轴向压缩载荷,平衡其承受的部分拉伸载荷.通过改变轴向压缩载荷的数值,就可以得到不同围压下岩样的拉伸强度.尽管试验结果具有相当的离散性,但完全可以确认岩样拉伸强度随围压增大而减小,巴西劈裂强度低于岩石单向拉伸强度.岩石在压拉应力作用下发生的拉伸破坏可以利用应力之间的线性关系描述.     

不同围压下灰岩力学特性及破坏力学模型研究

为了研究围压对灰岩力学特性及破坏力学模型的影响,采用MTS815对完整灰岩岩样进行三轴压缩试验。基于岩样宏观破坏形式,建立张拉剪切破坏模型,构建峰值强度与围压关系表达式;讨论张拉剪切模型与纯剪切模型对岩石剪切强度参数值（粘聚力与内摩擦角）的影响。研究结果表明：岩样弹性模量、抗压强度及残余强度均随围压升高而增大,且残余强度与围压呈非线性相关;当岩样最终破坏时,环向应变与轴向应变比值随围压升高呈负指数降低;一定围压范围内,岩石抗压强度受剪切强度参数和抗拉强度影响;张拉剪切模型确定岩石剪切强度参数值随破裂角增大而增大,与纯剪切模型相比,数值均较小。因此,低围压时,考虑岩石破坏模型具有一定的实际意义。     

激光裂解气相色谱法对岩样内芳香烃丰度的研究

本文报告用红宝石激光裂解气相色谱法(简称LPGC方法)对岩样内芳香烃丰度的研究结果.实验数据指出岩样内芳香烃的丰度,可由激光裂解产物中C_2H_2的相对丰度来确定.从而提供了一种快速而又简便地判断沉积岩中生油岩的LPGC方法.同时还从等离子多化学反应过程的观点,对激光裂解机理等有关问题作了初步的理论分析.     

岩石试样围压下直接拉伸试验

圆盘试样巴西劈裂是在拉压应力联合作用下破裂的,Griffith准则认为压应力小于3倍抗拉强度则对岩石拉伸破坏没有影响,这些问题都需要直接的试验验证.在φ50 mm×100 mm试样两端粘结φ80 mm的拉头,置入液压缸中施加围压,拉头承受轴向载荷引起岩样拉伸;同时利用伺服试验机对拉头施加轴向压缩载荷,平衡其承受的部分拉伸载荷.通过改变轴向压缩载荷的数值,就可以得到不同围压下岩样的拉伸强度.尽管试验结果具有相当的离散性,但完全可以确认岩样拉伸强度随围压增大而减小,巴西劈裂强度低于岩石单向拉伸强度.岩石在压拉应力作用下发生的拉伸破坏可以利用应力之间的线性关系描述.     

深厚冲积层中冻结井外壁钢筋应力的实测研究

介绍龙固副井冻结井外壁钢筋应力的测试方案，分析温度及约束作用对钢筋计测值的影响和不同方向配筋的应力测值变化规律．结果表明：受水化热高温的影响，外壁钢筋首先经历压应力急剧增长阶段，而后竖向及径向钢筋压应力随着井壁降温而逐渐减小，最终处于拉应力或低水平的压应力状态，而环向钢筋则始终处于压应力状态；环向钢筋的应力主要受冻结压力控制，而竖向及径向钢筋的应力主要受温度影响；鉴于深厚冲积层冻结压力增长迅速，外壁竖向钢筋可按承担3d内施工的井壁段自重，取15m高度的井壁段进行设计，从而有效地减少竖向钢筋的配筋率；而环向钢筋应尽号靠近鼻壁内侧配置，以提高井壁的水平承载力。     

新型单层冻结井壁膨胀及温度应力场数值计算研究

基于一种新型单层井壁结构,利用数值计算方法,对变温度、变弹性模量、变约束条件的井壁温度和膨胀应力场进行了深入研究,结果表明,加入膨胀剂的新型井壁径向在浇筑全程中均处于受压状态,井壁径向不会开裂;采用微膨胀混凝土能在井壁竖向产生最大约1．59MPa的压应力,有效防止了井壁温度裂缝的形成;温度拉应力仅出现在距井壁表面100mm左右,拉伸裂缝属于浅表裂缝,且井壁内缘的竖向配筋将有助于抑制水平裂缝的出现;微膨胀混凝土可以在井壁环向最大提供2．8MPa的环向压应力,使井壁在环向始终受压．研究结果对于单层井壁的设计与施工具有重要的指导意义．     

岩样三轴压缩过程中的环向变形

研究了岩样三轴压缩过程中环向变形比轴向变形更早、更快地偏离线弹性状态的原因，给出了确定泊松比的方法．实验发现岩样的轴向和环向塑性变形之间具有线性关系，并从材料的剪切破坏机理进行了解释．     

石油钻井岩石破碎标准岩样选择

本文重点阐述了标准岩样选择的重要性。制订了标准岩样选择的原则和方法,建立了四类标准岩样在全国分布的矿点,确定了标准岩样的物理力学性质。     

概率统计法确定钻井井壁荷载标准值

根据概率理论，将作用于钻井井壁上的荷载分类模化。通过对实测荷载值的统计分析，再经荷载效应组合，确定了钻井井壁荷载标准值及其分布函数，这为钻井井壁设计向概率极限状态设计法过渡提供了重要参数。     

石质古建筑风化深度确定方法

在古建筑石构件不同深度岩样化学成分和矿物成分测试的基础上,对根据不同深度岩样化学成分及矿物 成分的变化来确定风化深度的方法进行了深入研究。结果表明:由于岩石成岩之初其矿物成分和化学成分在不 同部位存在差异,风化后矿物成分和化学成分随深度的变化不具规律性,提出根据化学风化指数沿深度的变化 来确定石构件化学风化深度的方法。实践证明这一方法能较准确地获得石构件的化学风化深度。     

准噶尔盆地中部4区块井壁失稳机理研究

针对准噶尔盆地中部4区块存在的卡钻、坍塌掉块等井壁失稳难题,利用X射线衍射、岩石铸体薄片鉴定、电镜扫描等分析测试手段,对易失稳井段头屯河组典型岩样的结构和理化性能进行了系统分析,研究了该复杂地层井壁失稳机理,并分析了工程因素对井壁失稳的影响.结果 表明,该区块黏土矿物含量高,以伊/蒙混层为主,微间隙和微裂缝较发育,易发生泥页岩的局部水化分散,产生较大的水化膜斥力,使井壁失稳,易发生坍塌掉块及卡钻等井下复杂情况.     

高围压卸荷条件下大理岩变形破坏及能量特征研究

能量的耗散与释放是岩石变形破坏的本质。基于MTS815 Flex Test GT岩石力学试验平台,通过室内三轴卸荷试验和数学物理分析方法,揭示了大理岩在高围压三轴卸荷条件下的应力应变关系及能量变化特征。结果表明,初始围压的增大将显著提升岩样峰值强度时的可释放应变能以及最终总能量;随着围压的增大,岩样所吸收的能量变化的快慢程度随着偏应力变化而有所减缓;峰值强度时岩样可释放应变能占总能量的比例随着围压的增大而急剧增大,而残余强度时所吸收的总能量几乎全部转化为耗散能;大理岩能量指标存在明显的围压效应,即峰值总能量和残余总能量随着围压增大而显著提高,且具有良好的线性关系。     

多荷载耦合作用下立井井壁潜在破坏区的确定

首先采用弹性理论对立井井壁进行了分析,建立了井壁破坏的理论模型,进而采用通用有限元软件ANSYS,建立了立井井壁的大型三维分离式有限元数值模型。运用这两种模型详细研究了多种荷载耦合作用对立井井壁的影响,多种荷载包括：随深度变化的土压力、随时间变化的疏水附加力以及井壁自身重量。确定了立井井壁在这三种荷载综合作用下的应力、应变集中区,论证了井壁破坏理论中疏水附加力理论的正确性,对井壁设计理论以及加固区域的确定提供了一定的理论指导。本文有限元模型的建立方法以及得到的结论,在一定程度上丰富了立井井壁理论的内容,增加了立井井壁理论研究的方法,促进了井壁附加应力说的发展。     

地面预制钻井井壁结构的概率极限状态设计法研究

本文根据钻井井壁结构可靠性分析结果，参照《建筑结构设计统一标准》和有关设计规范，确定了地面预测钻井井壁结构的概率极限状态设计实用表达式和分项系数，建立了该种井壁结构的概率极限状态设计法，并给出了该设计法的设计程序和应用结果。     

孔喉体积定量预测新方法

压汞数据估算的孔喉大小能评价圈闭的封闭能力和解释地层烃类聚集的有利部位，是储层研究中的一个重要参数。但是，压汞测试昂贵，因而一个地区这种资料少，而常规岩心分析资料如孔隙度和渗透率数据往往比压汞测试资料丰富很多，是否可以根据岩样的孔隙度和渗透率的大小反演岩样的孔喉体积分布，或反演毛管压力曲线？利用分形几何学的原理和方法，实现了利用常规岩心分析资料如孔隙度和渗透率等反演毛管压力曲线，建立孔喉体积分布预测模型，为非取心井段的孔隙结构研究开避了新途径。通过实际资料验证，该方法预测结果精度较高。     

深厚冲积层高强钢筋混凝土井壁破坏机理试验研究

对高强钢筋混凝土井壁结构进行了破坏性试验研究。结果表明：在加载初期,高强钢筋混凝土井壁结构中混凝土应力分布符合弹性厚壁筒的应力分布规律;在临近破坏时,高强钢筋混凝土井壁结构中混凝土的应力都大大超过了混凝土的单轴抗压强度,这是由于井壁结构中混凝土处于复杂应力状态下强度提高所致。另外,高强钢筋混凝土井壁结构破裂时,出现斜向断裂裂纹,环向钢筋沿破坏面发生塑性弯曲,并且其破坏面与最大主应力的夹角约为25°～30°,属压剪破坏。