龙口市浅层地温能潜力评价及经济环境效益分析

浅层地温能作为绿色新能源,近年来在越来越多的地区得到开发与应用,通过对龙口市主城区展开水文地质调查、地温场调查、现场热响应试验及热物性试验等工作,查明了工作区浅层地温能的赋存条件,得到了地埋管型地源热泵的开发利用潜力分区,并通过等效计算获得浅层地温能开发利用经济、环境效益价值。根据调查与计算分析可知:考虑土地利用系数时,(1)工作区地下水换热系统夏季可制冷面积1082.00×10⁴ m²,冬季可供暖688.55×10⁴ m²;地埋管换热系统夏季可制冷面积1573.43×10⁴ m²,冬季可供暖1677.81×10⁴ m²。(2)浅层地温能开发利用总能量为755.79×10⁴ GJ/a,折合标准煤15.06×10⁴ t/a,节煤量43.04×10⁴ t/a,热资源价值10543.51万元/a。(3)可减少排放氮氧化物、二氧化硫、二氧化碳、悬浮质粉尘、生成煤灰碴等总计37.91×10⁴ t/a,节省污染治理费4249.03万元/a。     

格尔木河冲洪积扇地下水系统及水资源潜力

格尔木河冲洪积扇区有着巨厚的第四系砂卵砾石层,形成了良好的储水空间,研究其含水层系统特征、地下水循环演化及资源开采潜力对水资源合理开发利用具有重要指导意义。本文基于地质调查、水文地质钻探、动态长观等资料,将含水层系统进行了划分,并对地下水的循环演化进行了阐述。运用补给量总和法、排泄量总和法以及断面径流量法对研究区地下水天然资源量和开采潜力进行了计算。结果表明:研究区河水与地下水经历三次转换,主要模式分为:中高山区模式、冲洪积扇区模式、冲湖积平原区模式;含水层系统可分为:局部循环系统、中间循环系统和区域循环系统三个子系统。研究区地下水天然资源量为206.75×10⁴ m³/d,开采潜力达103.38×10⁴ m³/d,可为下游的盐湖产业基地提供水源保障。     

甲基丙烯酸酯类用于基岩固结灌浆试验研究

能否用有机化合物作基岩的固结灌浆材料,是我们研究化学灌浆的出发点之一。本文叙述了用甲基丙烯酸酯类化学灌浆材料,对一坝址石英闪长岩的弱风化带进行团结灌浆试验,通过试验所测得的岩石变形模量由26.3×10⁴kg/cm²提高到47.4×10⁴kg/cm²,静力弹性模量由29.6×10⁴kg/cm²提高到57.9×10⁴kg/cm²,声波速度Vp由4894m/s提高到5272m/s,单位吸水率ω由0.0351/（min·m·m）降低到0.0121/（min·m·m）,缝面的粘结强度由零提高到13.4kg/cm²。     

低收缩早强型灌浆料的制备与微观机理

采用硫铝酸盐水泥-硅酸盐水泥-石膏三元复合体系制备了低收缩早强型灌浆料,探究了其微观结构形成机理.结果表明：根据最优配合比制备的灌浆料1、3 d抗压强度分别为60.1、75.5 MPa,3 d自收缩率为351.39×10^-6,28 d干燥收缩率为239.75×10^-6,均高于国家标准;灌浆料水化产物中的钙矾石（AFt）晶体相互交错搭接,构成了致密的网状骨架,使灌浆料具有较高的早期强度,而水化硅酸钙凝胶则促进了灌浆料后期强度的发展;AFt表现出的微膨胀作用使灌浆料的收缩变形逐渐变小,进一步保障了其早强与低收缩特性.     

昆明地区室内自然环境对不同类型木质梁蠕变性能的影响

采用自研足尺寸木质梁蠕变测试系统,对昆明室内自然环境下2种实木矩形梁和3种木工字梁进行了200 d蠕变测试,并分析其含水率与相对湿度的关系．结果表明：木质梁含水率的变化明显滞后于相对湿度的变化,且其在吸湿段的滞后大于解吸段;2种实木矩形梁和3种木工字梁在低湿波动、高湿波动、湿度持续波动上升和湿度持续波动下降这4类相对湿度典型变化时段的平均蠕变速率分别为8.839×10^-2、1.183×10^-2、-1.730×10^-2/-3.598×10^-2、7.424×10^-2/9.007×10^-2 mm/d,机械吸附蠕变特征明显;7条木质梁的FB₉₀（加载90 d后蠕变挠度与加载1 min后蠕变挠度的比值）小于1.60,满足承重用梁的抗蠕变要求;实木矩形梁的抗蠕变性能优于木工字梁．     

河南新商断裂对地热资源形成的控制作用及资源潜力分析

新商断裂是一条几乎横贯河南的区域性深大断裂,构成了济源-开封凹陷和通许凸起两大地热单元的边界。在其及影响带附近分布着新乡-延津、兰考、民权、宁陵-商丘等大型地热田,蕴藏着丰富的中深层地热资源。该文通过分析新商断裂的构造特征和地热流体特征,系统分析了深大断裂对地热资源的控制作用,以商丘项目为例分析了其资源潜力。区内地下热水的分布特征严格受控于新商断裂的展布方向,地下热水的温度取决于盖层的厚度及围岩的放射性含量,地热资源潜力巨大,地热可采资源量约140.37×10⁴ m³/a,地热流体含热能量71.94×10¹² J/a,折合标准煤2454.6 t/a,可减少CO₂排放5856.8 t/a,该研究为今后在该地区开展地热资源勘查工作具有一定的指示意义。     

冀东燕山中段地热地质条件分析与资源潜力评价

该文综合了地质路线调查、机民井(地热井)地温测量、水化学分析、物探剖面测量等工作成果,对冀东燕山中段的地热地质条件进行了分析,对区内地热资源潜力进行了初步评价,并对下一步工作提出了建议。冀东燕山中段地热异常区主要分布在肖营子岩体边部,地热流体的分布、运移和储存受断裂控制;热储岩性为片麻岩或花岗岩,基本无盖层。热储深度3000~3200 m,温度105~110℃,热水形成时间12.3~27.8a。地下流体化学成分主要受肖营子岩体影响。热量来自于地壳深部。活动性深大断裂及其次级构造交汇部位、背斜核部、高热导率且具有一定延深的岩体或隐伏岩体与低热导率地层接触带附近、区域地下水排泄区等为山区地热形成有利地段。通过估算,研究区内各地热异常区地下热水总可开采量为207.03×10⁴ m³/a,其产生的能量为21.59×10¹⁰ kJ/a,相当于7367.59 t标煤或5156.29 t石油产生的能量。为今后研究区内地热能勘查、开发利用规划、采矿权设置等提供了技术支持。     

安徽省宣城地区龙潭组页岩孔隙发育特征及其影响因素

安徽省宣城地区上二叠统龙潭组页岩气资源潜力大，已有钻井揭示其页岩含气性差异大，页岩气赋存富集机理复杂。通过总有机碳含量分析、岩石热解实验、X衍射、低温液氮吸附、二氧化碳吸附和场发射扫描电镜观测等手段，研究宣城地区龙潭组页岩中孔隙的大小、结构及类型，探讨影响其孔隙发育的主要因素。研究表明：（1）宣城地区龙潭组页岩中孔隙主要为半开放型，并且存在一定量的细颈瓶孔。其中，矿物孔较发育，主要为微米孔，孔隙数量多；有机孔发育数量较少，孔径为纳米级—微米级。（2）龙潭组页岩BET比表面积为4.2601~10.3068 m²/g，平均为7.4290 m²/g。介孔+宏孔体积为0.0049~0.0179 cm³/g，平均为0.0089 cm³/g；微孔体积为0.0019~0.0038 cm³/g，平均为0.0026 cm³/g。孔径大于10 nm的孔隙是页岩孔隙体积的主要贡献者。（3）高演化、矿物含量差异大等使得宣城地区龙潭组页岩孔隙发育规律性变得复杂，TOC含量和矿物含量明显影响着宣城地区龙潭组页岩孔隙体积，但与孔隙比表面积没有明显线性相关性。在宣城地区龙潭组页岩气后续勘探开发中，应注重较高TOC含量、较高碳酸盐矿物含量和较低黏土矿物含量的页岩。     

综合物探地质解释确定苏北宝应射阳湖地热区目标热储

苏北盆地建湖隆起赋存丰富的地热资源,通过综合物探地质解释确定热储层对建湖隆起中段射阳湖地区地热资源勘探具有重要意义。本文采用广域电磁法、重力勘探及大地电磁测深法,查明了宝应县射阳湖镇6 km²范围内地热地质特征,从源、通、储、盖4个方面开展地热地质条件分析,结合地热成因分析优选钻井点位,设计探采结合井1口（设计井深2200 m）,经钻探工程验证,终孔于寒武系碳酸盐岩地层（终孔深度2060 m）,井口水温75 ℃,降深6.39 m出水量2095 m³/d。实践证明,综合物探方法在地热资源勘查工作中,可提供热储层、导水导热构造、盖层等关键地热地质信息,为地热钻井设计提供重要依据。     

罗布泊盐湖罗北凹地矿区卤水数值模拟研究

罗北凹地钾盐矿区自开采以来地下卤水位持续下降,呈负均衡。目前的钾盐资源现状是资源储量难以长期满足当前钾肥生产规模的需求,对未来钾肥生产的可持续发展构成严重的隐患,进而威胁国家粮食安全。本文以罗北凹地钾盐矿区为研究区,通过建立基于GMS的地下卤水数值模型及预报模型,获得未来3年和5年地下卤水位变化动态及降深值。结果表明,与现状条件相比,研究区潜水水流方向总体上和初始流场形态基本一致,而承压水在开采井附近流场形态发生较大变化,出现明显的降落漏斗。经3年开采后,研究区潜水总体降深2~4 m左右,其中个别开采区中心的最大降深可达到6 m以上。降深面积分布较为广泛,开采区降深2 m以上区域面积达376.77 km²;开采5年后降深2 m以上区域面积达 718.60 km²。研究区承压水总体降深0~4 m左右,其中个别开采区中心的最大降深可达到10 m以上。降深面积分布较为广泛,开采区降深4 m以上区域面积达194.11 km²。而开采5年后降深4 m以上区域面积达338.00 km²。模拟结果可为矿区卤水资源管理和优化开采提供依据。     

有压圆形隧洞围岩径向裂纹应力强度因子研究

为研究隧洞围岩周边径向裂隙的水力劈裂问题,利用复势法分别给出了高水压和构造应力两种因素作用下围岩径向裂隙应力强度因子的解析公式。研究表明:在压应力构造应力场中,构造应力只主导裂隙的Ⅱ型扩展,围岩孔隙水压力只主导裂隙的Ⅰ型扩展;侧压力系数和构造主应力与裂隙夹角是影响裂隙Ⅱ型扩展的重要因素。研究结论对于进一步研究高水压和构造应力对径向裂隙的水力劈裂效应具有重要的参考价值。     

Propagation and aperture of staged hydraulic fractures in unconventional resources in toughness-dominated regimes

Simultaneous multistage hydraulic fracturing of unconventional gas shale in parallel multilateral wells is an effective technique to raise the connectivity of the reservoir to the wellbore and improve reservoir permeability for an economical production. However, this technique should be accompanied with some optimization procedures to obtain an efficiently fractured reservoir with the highest production and the lowest cost. In unconventional hydraulic fracturing, fracture deviation/collapse and trapping are familiar phenomena which occur when a non-optimized fracturing pattern is used. These problems occur respectively when stress shadow size has not been considered in optimization and fracturing pressure is higher than the available pressure in the sealed section. Therefore, in an optimized hydraulic fracturing, having straight fractures with no deviation or collapse needs consideration of stress shadow effect (SSE). Apart from that, having efficiently propagated fractures to the extent of the reservoir without any fracture trap requires consideration of stress intensity factor (SIF) and aperture. SSE was studied and published by the authors in 2014. For the case of SIF, investigating any change in mode I SIF and aperture with different influencing variables such as fracture geometry and pattern are studied in the current research work. Three different fracturing techniques are assumed as multistage fracturing, simultaneous single-stage fracturing, and simultaneous multistage fracturing techniques. Since obtaining SIF for three-dimensional fractures is a challenging issue, a stress ratio technique is used for calculation of SIF ratios of different fracturing scenarios compared to the case of a single fracture. Therefore, changes of SIF for different fracturing schemes are estimated and analyzed to understand whether or not a fracturing scheme is efficient and all the spaced perforations are activated and change to hydraulic fractures.     

现场泥水劈裂试验及应用研究

采用泥水平衡盾构进行过江越海隧道施工时,重要的技术难点就是特殊小覆土区间盾构掘进保证开挖面稳定以及防止泥水劈裂的发生。对于泥水劈裂现象的室内试验研究,有一定的基础资料。但是,由于尺寸和边界条件限制,使其研究成果不能直接应用到工程中去。在理论分析的基础上,研制了现场泥水劈裂仪,确定了劈裂试验的具体实施步骤和劈裂压力的断定方法。并在南京某在建过江隧道工程中进行了现场劈裂试验。（1）试验结果表明：由于劈裂过程为突变过程,采用总应力法时,地层劈裂模型能很好的预测地层劈裂压力,也更符合实际工况;由理论分析得出,掘进模式模型的地层劈裂压力更小,几乎与地层静止侧向土压力相当;增加泥水黏度能够增加地层劈裂压力,但增加量有限。（2）运用现场劈裂试验结果给出了防止泥水劈裂的泥水压力设定上限值,并运用盾构机在始发不远处进行了原位泥水劈裂试验,在一定程度上验证了预测模型的准确性。     

近井眼裂缝控制技术研究现状

对目前国内外水力压裂技术近期进展作了调研，分析了高能气体压裂技术、水力喷射压裂技术、剪切压裂技术等压裂技术在近井眼区域控制裂缝起裂延伸的机理、应用范围及效果，对这些技术存在的问题进行了研究，并结合存油气田生产中的应用，指出了进一步发展的方向及需要解决的主要问题。     

脆性岩石热–水–力耦合断裂的断口分析

 利用自行设计的热–水–力(THM)耦合断裂试验和扫描电镜试验,研究脆性岩石THM耦合断裂的宏微观特征;通过有限元法和新型应力强度因子比断裂准则,判断THM耦合断裂模式,揭示出THM耦合断裂机制。结果表明：红砂岩试件具有3种THM耦合宏观断裂轨迹和对应的3种THM耦合微观断裂特征,即低温、低水压、高围压条件下的断裂轨迹为横向断裂,微观上表现为穿晶的剪切断裂;高温、高水压、低围压条件下的断裂轨迹为纵向断裂,微观上表现为沿晶的拉伸断裂;中等温度、中等水压、中等围压条件的断裂轨迹为双向断裂,微观上表现为含沿晶和穿晶的拉剪复合型断裂。基于有限元法和新型最大应力强度因子比断裂准则判断出的红砂岩试件THM耦合断裂模式与基于宏微观断口分析得到的THM耦合断裂机制完全一致。     

水力压裂三维数学模型研究

根据渗流力学、岩石力学、传热学、断裂力学知识，建立了油水井三维水力压裂模拟计算的数学模型。模型考虑了压裂液的流变性、支撑剂在压裂缝中的运移、压裂液与储层岩石的热交换以及压裂过程中的流固耦合作用，给出了裂纹扩展和流固耦合计算的数值解法，通过算例验证了所提出数学模型的合理性。     

水泥土的环境侵蚀效应与破裂过程分析

采用试验的方法研究了水泥土在各种环境因素(水、不同化学溶液、不同浓度以及不同pH值等)影响下的力学特性，并对一定水泥掺量的水泥土试件的侵蚀特征及无侧限抗压强度试验进行了实时观测和记录，得到了水泥土试件的侵蚀特征照片和荷载位移曲线及相对应的破裂过程照片。对试验结果的分析表明，环境侵蚀对水泥土力学强度产生了明显的影响，而对破裂过程影响较小。探讨了水泥土在各种侵蚀环境下的侵蚀效应、破裂特征及破裂机理，为进一步分析环境侵蚀下水泥土的内部损伤演化规律和本构模型的建立奠定了基础。     

Dynamic strength of rocks and physical nature of rock strength

Time-dependence of rock deformation and fracturing is often ignored.However,the consideration of the time-dependence is essential to the study of the deformation and fracturing processes of materials,especially for those subject to strong dynamic loadings.In this paper,we investigate the deformation and fracturing of rocks,its physical origin at the microscopic scale,as well as the mechanisms of the time-dependence of rock strength.Using the thermo-activated and macro-viscous mechanisms,we explained the sensitivity of rock strength to strain rate.These mechanisms dominate the rock strength in different ranges of strain rates.It is also shown that a strain-rate dependent Mohr-Coulomb-type constitutive relationship can be used to describe the influence of strain rate on dynamic rock fragmentation.A relationship between the particle sizes of fractured rocks and the strain rate is also proposed.Several time-dependent fracture criteria are discussed,and their intrinsic relations are discussed.Finally,the application of dynamic strength theories is discussed.     

陆相页岩CO2压裂裂缝起裂和扩展特征试验研究

富含黏土矿物的陆相页岩气储层在传统水基压裂过程中易出现基质黏土吸水膨胀现象,降低页岩双重孔隙介质渗透特性,使得页岩气开采遇到一定的阻碍。因此,针对高水敏性页岩气储层,采用CO₂等无水压裂技术的特性研究显得愈发重要。采用延长陆相页岩和致密砂岩试样开展CO₂与清水室内压裂对比试验,揭示了CO₂压裂起裂及扩展特征。实验结果表明:CO₂压裂起裂压力远低于清水压裂,平均值仅为后者的60%;页岩丰富软弱层理面削弱最大主应力对主裂缝扩展的影响,导致沿层理面产生剪切裂缝;低黏度CO₂的高渗滤导致孔隙压力升高,并降低基质缺陷及弱面处的有效应力,有利于裂缝尖端沿着试样内部缺陷薄弱区域扩展,从而形成粗糙裂隙表面。可见,CO₂无水压裂技术适用于超低渗透性页岩气储层改造,研究结果可为水敏性陆相页岩气的现场压裂施工与参数优化提供支撑。     

泥水盾构中劈裂压力影响因素研究

泥水盾构在软弱含水地层中掘进时,泥水支护压力过大容易导致掌子面发生水力劈裂,从而引起掌子面坍塌。研究掌子面劈裂压力的影响因素对防止水力劈裂的发生有重要意义。由于现场试验实施困难、风险高,故设计制作了一种水力劈裂装置,并采用盲孔试样模拟隧道劈裂的发生。通过正交试验配制不同强度的人造黏土用于研究劈裂压力与强度的关系,并采用不同黏度的泥浆进行盲孔试样劈裂试验,分析泥浆黏度对劈裂压力的影响。研究结果表明：在两种加载条件下,劈裂压力随着无侧限抗压强度的增大线性增大。当泥浆黏度小于27s时,劈裂压力随泥浆黏度增大而增大,但随时间增长,增大速度变缓;当泥浆黏度大于27s时,随着黏度的增大,劈裂压力稳定在一定值基本不再增大;盲孔试样破坏后具有明显的劈裂面,且不同泥浆黏度时试样的劈裂面基本一致,均自盲孔底端斜向上延伸。