充填型单缝煤岩水力脉动解堵试验研究

利用室内自行研制的可调频脉动水力压裂系统及预制充填型单缝的煤岩,开展不同频率条件下水力脉动解堵试验,研究脉动作用下解堵水压演化过程和解堵效果。试验结果表明,水力脉动解堵压力演化过程可分为三个阶段:压力上升阶段、压力下降阶段和压力波动稳定阶段。在疲劳损伤和脉动波的双重作用下,脉动作用下的煤岩解堵表现出解堵压力阀值比定常流作用下更低、压降持续时间更短、压降幅值更小的特点。定常流作用下煤粉运移集中在压力下降阶段;脉动压力作用下煤粉在压力下降阶段和压力波动稳定阶段均有运移,且压力下降时间与运移煤粉总量成正相关关系,但煤粉总的运移量和定常流作用下的相当。脉动作用和定常流作用下径向渗透主要发生在压力上升至压力峰值阶段,但脉动流的解堵时间短,则滤液渗透半径小对储层的伤害小。综合考虑解堵压力、煤粉运移、解堵渗透路径和解堵渗流深度,特别是解堵压力和解堵渗流深度作为主要评价因素,在3 Hz条件下解堵效果最好,其具有较低的解堵压力和最小的解堵渗流深度。      

不同浓度、pH值SDBS压裂液对页岩储层特性影响研究

在页岩储层压裂过程中,不同浓度、不同pH值的SDBS压裂液体系会直接影响页岩储层稳定性,进而影响造缝性能。通过实验分析了页岩储层在不同浓度、pH值的SDBS压裂液作用下的膨胀抑制性、润湿反转性能。实验结果表明:0.02%SDBS压裂液下页岩储层的膨胀变形最小、膨胀变形速率最慢,即膨胀抑制效果最好;0.03%SDBS压裂液下页岩的润湿性改造最好,接触角为30°。pH值为8的SDBS压裂液对炭质页岩的膨胀变形和膨胀速率起到了最佳的抑制作用;pH值为9的SDBS压裂液对炭质页岩的润湿反转起到了最好的效果,接触角为31.6°。综合分析认为不同浓度、不同pH值的SDBS压裂液对页岩储层特性影响差异较大,说明在对页岩储层的开发利用中,调整SDBS浓度和pH值对提高页岩气开采效果是可行的。     

固结钻井液对湘西北页岩气储层的护壁机理研究

文中提出了一种液态离子固结剂,该处理剂能够有效提高页岩气井井壁的力学强度。通过开展室内实验以及进行相关分析,初步了解了添加液态离子固结剂的钻井液的基本性能,并探究了该体系钻井液对炭质页岩膨胀的抑制性以及对炭质页岩力学强度的影响。发现钻井液滤失量随液态离子固结剂含量的增加先减小后增大;在各配方钻井液中的压制岩心膨胀率明显低于在清水中的,但液态离子固结剂含量增加使得钻井液中的压制岩心膨胀率越来越高;各钻井液处理的岩粉所制成的剪切试样抗剪强度高于经清水处理的,随着液态离子固结剂含量的增加,试样抗剪强度总体上先升高再下降,且试样单轴抗压强度增大。实验结果表明,在适宜的含量范围内,液态离子固结剂有助于增强钻井液维护井壁稳定的能力。     

压裂液黏度对脉冲频率响应机理试验研究

为探究页岩气开采过程中的脉冲水力压裂液流变性能对频率的响应情况,采用0,1,3,5,7 Hz 这5个不同频率对2种不同黏度(30 mPa·s和10 mPa·s)的瓜尔胶液进行脉冲剪切试验。试验结果表明不同黏度大小的压裂液对于脉冲频率的响应效果是有区别的:当采用相对高黏压裂液体系时,对于结构黏度和塑性黏度,随着频率增大,总体上两者都呈下降趋势;对于表观黏度,随着频率的增大,压裂液表观黏度先是不断受到剪切稀释而减小,当频率达到5 Hz后,即使频率进一步增大,压裂液黏度也基本变化不大;对于压裂液的流性指数则是随着频率的增大先增加后减少,且当频率为5 Hz时流性指数达到最大值。采用相对低黏压裂液体系时,结构黏度较塑性黏度变化平缓,这在压裂过程中泵入支撑剂阶段有利于支撑剂在储层裂缝中的运移,对于压裂后期稳缝有着重要作用;采用较低黏压裂液的表观黏度和流性指数对于频率的剪切稀释响应效果不是很明显。研究成果为页岩气储层的开采提供了技术参考。     

湘西北页岩储层各向异性的声学与力学响应试验研究

我国页岩气开发尚处于起步阶段,研究表明页岩气储层具低孔低渗的特性,这一特性决定了对储层改造极具必要性,而页岩储层因其各向异性致使压裂改造过程更为复杂,因此对其力学和声学性质的研究至关重要。结合声波测试系统研究页岩储层声波特性对层理面倾角的响应情况,并应用声学理论定量评价湘西北页岩储层力学性能,计算湘西北页岩储层动弹性模量、动泊松比随页岩层理倾角的变化规律。     

影响离析浆液扩散过程的主要因素研究———基于莽山水库工程注浆工程

为研究全风化花岗岩地层中不同注浆工况下扩散距离、注浆量变化规律，基于莽山主副坝全风 化花岗岩帷幕注浆工程现场测试、室内试验数据开展了注浆参数影响因素分析，在考虑注浆量及浆液扩 散时对注浆时间的选取提出设想并得到验证，采用非稳态达西渗流运动模型推导出注浆过程中浆液扩 散方程，运用数据分析软件对试验数据进行拟合，得到了具有较高精度的模型，且拟合效果较好。研究 成果可帮助学者对离析浆液在全风化花岗岩地层中的运移过程及扩散规律有更深刻的了解，从而为实 际注浆工程中针对于松散地层钻孔间距的设置提供理论参考和指导。     

地质工程专业创新人才培养

分析了卓越工程师计划创新人才培养中存在的问题,以中南大学地质工程专业卓越工程师培养计划为例,提出了卓越工程师计划创新培养的总体目标。结合实践教学、导师制度、开放实验、创新创业和课外研学等,论述了培养措施和保障机制,总结了卓越工程师计划创新能力培养成效,可为相关专业创新型卓越工程师的培养提供参考。     

页岩气储层低阻高抑制性携砂液添加剂的优选

根据目前页岩储层水力压裂改造需要,开展了低阻、高抑制性携砂液室内试验研究。通过大量的室内试验,对携砂液体系中的主要添加剂进行了筛选,并确定了携砂液各添加剂的最佳浓度:通过对2种低阻携砂剂的粘度和表面张力进行测试,优选出最佳低阻携砂剂CMC,且其最佳低阻携砂浓度为0.08%;通过对3种表面活性剂的表面张力及其对携砂液粘度的影响进行评价,确定了最优表面活性剂CTAB及其携砂浓度0.04%;通过对3种抑制剂的抑制性能进行评价,优选出了最佳抑制剂KCl及其最佳浓度0.1%。最后确定了适用于页岩气储层的低阻、高抑制性携砂液配方。     

孕镶金刚石钻头设计与制造新技术回顾与展望

高性能孕镶金刚石钻头的研制是钻探工程尤其是深部坚硬地层提高钻探效率、降低钻探成本的关键手段之一。本文从钻头胎体、结构和制造工艺三方面综述了孕镶金刚石钻头设计与制造的新技术,针对钻头胎体设计,介绍了胎体对金刚石把持力的调控研究,特别是胎体强化和胎体弱化这两大方向,并阐述了胎体自润滑钻头的设计机理;从唇面结构和水路系统的设计等方面论述了孕镶金刚石钻头结构设计的新思路;讨论了典型孕镶金刚石钻头设计技术,分析了钻头制造工艺现存的问题,并认为未来采用3D打印制造复杂结构孕镶金刚石钻头具有广阔的应用前景。对及时了解和掌握国内外孕镶金刚石钻头设计与制造技术和理论的最新进展,加快高性能孕镶金刚石钻头的研发具有重要意义。     

玄武岩纤维膨润土水泥膏浆的注浆加固工程应用研究

岩溶塌陷是盾构法隧道工程穿越岩溶地层面临的关键问题之一,其不仅会对油气管道造成破坏,还会导致油气泄漏、破坏生态环境、威胁沿线居民生命财产安全等问题。针对湖南永州某地盾构法隧道穿越的岩溶地层溶洞发育特点,优选兼具良好流变性能和力学性能的玄武岩纤维膨润土水泥膏浆配方,开展玄武岩纤维膨润土水泥膏浆原位注浆充填加固实验,并通过钻孔取心和室内实验的方法检验了该注浆材料的加固效果,实验结果表明：钻孔取心获得的地层岩心密实,胶结强度较强,岩心采取率满足施工要求的80%;受地下水的影响,钻孔深度为6~7 m的注浆固结体28 d的无侧限抗压强度较小,平均为0.32 MPa,但试样较为完整;钻孔深度为7~8 m的注浆固结体28 d的无侧限抗压强度较6~7 m的注浆固结体增加了约5.36倍。采用玄武岩纤维膨润土水泥膏浆进行原位注浆充填加固的注浆固结体强度大于施工要求的强度指标,有效保障了岩溶地区盾构穿越工程的安全性。