深井超深井井底应力场

深井超深井钻井技术对加快我国石油勘探开发进程具有重要意义,深井超深井井底应力场是破岩机理研究进而提高机械钻速的基础。针对井深4500～7000 m时3种不同地应力状态下的井底岩石应力分布规律进行研究,在井底岩石力学分析的基础上,建立了考虑孔隙压力和垂直、水平最大和最小三向地应力差下的流固耦合模型,并采用数值方法进行求解。结果表明,岩石内部孔隙压力以约呈井眼径向距离的–0.055次幂减小;当井深一定时,垂直总地应力为最小地应力时,岩石所受围压最大,为中间主应力时次之,为最大地应力时最小;当地应力状态相同时,随着井深增加,岩石所受围压呈线性增加,导致岩石塑性强度增加,这是深井超深井机械钻速低的主要原因之一。深井超深井井底应力场的定量研究对深井超深井破岩机理研究和提高机械钻速具有重要的理论指导意义。     

基于分离涡模拟的旋转射流流场结构特征分析

采用改进的分离涡模拟方法配合剪应力输运模型分析旋转射流涡结构、速度场、压力场的演化过程,探索喷嘴压降对大涡结构发展和湍流脉动波动的影响规律。研究结果表明：射流涡结构的发展可划分为Kelvin-Helmholtz不稳定性阶段、过渡阶段和旋转不稳定性阶段;旋流作用能够显著增强径向湍流脉动、增大射流扩散角,湍流脉动耗散是下游射流速度衰减的主要原因;随压降增大,射流速度和脉动幅度都相应增大,速度分布的对称性增强,沿轴线方向的压力脉动特征和涡旋输运强度显著增加,但当喷射距离超过约9倍无因次喷距后,提升压降并不能提高旋转射流的有效冲击距离,但可以增大旋流强度和射流扩散角。旋转射流更适用于需求大孔径的径向水平井钻孔、煤层气水平井造穴和煤矿巷道钻孔卸压等工程场景。     

“连续管+柔性钻具”超短半径水平井钻井技术研究与现场试验

超短半径水平井在油气田老井改造、剩余油挖潜方面作用很大,但常用的柔性钻具超短半径水平井钻井技术存在起下钻周期长、作业成本高的问题。考虑连续管钻井具有钻井效率高、成本低和安全可靠等优点,提出了将连续管与柔性钻具相结合的钻井新思路,并研制了高速和低速大扭矩螺杆、改进了柔性钻具结构、研制了叠加式斜向器和造斜PDC钻头等关键工具,优化了配套施工工艺,初步形成了“连续管+柔性钻具”超短半径水平井钻井技术。该技术在江汉油田陵72-5CZ井开展了首次现场试验,成功完成了长30.21 m的超短半径水平分支井眼,平均机械钻速0.8 m/h,实钻井眼轨迹与设计井眼轨道吻合良好,水平段平均稳斜角为88.17°。现场试验结果验证了“连续管+柔性钻具”超短半径水平井钻井技术的可行性,为剩余油挖潜和低渗油田高效开发提供了一项新技术。      

液氮磨料射流破碎高温花岗岩机理

液氮磨料射流是一种高效的破碎干热岩方式。为进一步探究其破岩机理,开展液氮磨料射流喷射高温花岗岩室内实验。从宏观角度分析岩石破碎形式、射流孔眼形态及表面特征,从微观角度分析断裂面形貌和微裂缝分布等,探究液氮磨料射流破碎高温岩石特征。同时,开展磨料水射流和氮气磨料射流破岩实验作为对照。实验结果表明,液氮磨料射流形成的孔眼形状不规则,表面凹凸不平,且破碎体积明显大于磨料水射流和氮气磨料射流。扫描电镜实验显示,低温、冲击载荷作用下,在孔眼壁面和孔眼附近区域生成大量微裂缝,其主要断裂方式为拉伸、剪切作用下岩石的脆性断裂,表现为穿晶断裂和沿晶断裂。理论分析和数值模拟研究表明,液氮低温作用对岩石造成损伤,而热应力、磨料冲击载荷和流体水楔作用在损伤岩石基础上主要以剪切和拉伸两种方式破碎岩石。     

煤岩径向井-脉动水力压裂裂缝扩展规律与声发射响应特征

径向井-脉动水力压裂是一种煤层高效增透新方法。利用声发射仪和伺服式脉冲疲劳试验机,开展了煤岩径向井-脉动水力压裂室内实验。基于广义关联积分分形维数计算方法与型煤岩样声发射信号响应特征,分析了压裂过程中微裂缝发育特点和宏观裂缝扩展规律,探究了径向井分支数、长度、脉动频率和振幅等参数对压裂效果的影响规律。实验结果表明,低压脉动压裂阶段声发射信号相对分散,脉动能量促使微裂缝发育;高压脉动压裂阶段声发射信号相对集中,脉冲能量促使主裂缝快速延伸;呈非对称展布的径向井眼数量越多、长度越长,煤岩增透效果越好。实施径向井-脉动水力压裂时应控制初始脉动压力低于煤岩起裂压力,适当延长低压脉动作用时间,使微裂缝在近井地带充分发育,以降低主裂缝延伸压力,形成更大尺度宏观裂缝。     

基于离散单元法的筛管内煤灰颗粒通过性分析

基于离散单元法,用PFC2D软件建立了煤灰颗粒通过筛管的颗粒流模型,研究了筛管内煤灰细观颗粒的通过能力,分析了粒间连接强度、缝径比和围压等参数对筛管内煤灰颗粒通过性的影响规律。结果表明：随着颗粒间连接强度的增加,通过割缝的颗粒体积线性减少;筛管内通过割缝的颗粒体积随缝径比的增大呈增大的趋势,同时为保证煤层结构稳定,缝径比应小于10;总体上讲,穿过割缝的颗粒体积随围压的增大而增加,但存在一定的跃升平台,即在某一井深范围内,煤灰颗粒通过割缝的体积量稳定。     

超高压水射流作用下岩石损伤破碎机理

由于水射流的高紊动与岩石材料的复杂性,水射流作用下岩石破坏机理的研究一直都是难点问题。运用全解耦流固耦合理论,建立超高压水射流冲击岩石介质的数值分析模型,射流采用标准k－ε模型和控制体积法,岩石采用线弹性和有限元法,计算分析淹没条件下岩石介质在水射流冲击作用下内部的应力分布规律。其次,根据岩石介质内部应力分布特征,基于岩石微元强度遵循Weibull分布的概率理论,将Mohr-Coulomb破坏准则作为随机分布变量,建立岩石损伤变量演化方程和连续损伤统计本构模型及用量纲一破坏系数来表征岩石破坏的准则。再次,按建立的流固耦合分析模型、岩石损伤模型和破坏准则,运用分阶段法对水射流的破岩过程进行了数值分析。最后,运用扫描电镜对水射流切割岩石断口形貌进行观测试验,分析岩石在超高压射流作用下微观破坏机制,主要有穿晶断裂和剪切错动两种形式,进一步验证数值模拟分析的结果,建立起水射流破岩过程中岩石微观破坏机制和宏观断裂分析的桥梁。     

普通话发音训练多级音素模板综合评价方法

提出了一种应用于普通话声韵母发音评价的多级音素模板综合评分法,该方法在单模板匹配的基础上,通过寻找汉语音素发音过程中的浊化、摩擦、爆破等特征,形成多个子模式,进行多模式匹配,最后给出加权评分。实验结果表明多级音素模板综合评分法有效地改善了汉语发音中几组相似音之间的区分度。也介绍了MFCC等语音特征提取、DTW模板匹配算法、基于聚类的模板训练以及综合加权评价机制的实现方法。     

一种提高周边进水沉淀池效率的技术方案

污水处理系统中的重力沉淀池,常采用周边进水设计,本文通过沉淀池中水流截面的分析与改进,提出了适当位置增加出水装置,提高沉淀效率的方案。     

高压液氮射流提高深井钻速机理

针对深部油气及地热钻探中岩石温度及强度高、钻速普遍偏低等问题,采用花岗岩、页岩和砂岩3种岩样,开展了高温岩石液氮冷却后的力学特性测量实验与液氮射流破岩实验,解析了液氮喷射破岩的宏观特征与微观机理、液氮-岩石的传热特征、岩石内热应力的演化规律,进而提出了高压液氮射流辅助钻井的新方法。研究表明,液氮冷冲击可显著降低岩石的单轴压缩强度及弹性模量,岩石温度越高,力学弱化程度越高,冷冲击对岩石的损伤程度越强;液氮射流破岩以大块体积破碎为主要破岩特征,具有破岩效率高、破岩门限低的特点,岩石温度越高,液氮射流破岩效果越强;液氮喷射作用下花岗岩的损伤程度最高,该方法对高温花岗岩地层具有更好的适用性,应用于深层干热岩储集层钻井提速,具有良好的前景。图13表2参19