裂缝性地层防漏堵漏力学机制研究

 井漏是制约安全、快速、高效钻井的技术瓶颈。为了提高防漏堵漏效率,基于断裂力学理论,采用理论分析和数值模拟方法,研究堵漏材料在裂缝内不同位置架桥及考虑不同封堵效率的裂缝尖端应力强度因子、井周有效切向应力及裂缝宽度大小。研究表明,井筒压力一定时,裂缝越长,裂缝宽度和裂缝尖端应力强度因子越大;堵漏材料在裂缝开口处架桥时,井周有效切向应力提高最多,裂缝尖端应力强度因子最小,承压堵漏效果越好;缝内压力越低,井周有效切向应力提高越多,裂缝尖端应力强度因子越小。钻井中应根据裂缝宽度变化范围,选择合理的颗粒尺寸,使架桥位置靠近井筒,并随钻加入防漏堵漏材料,及时封堵微裂缝,防止裂缝持续扩展;同时使用优化的粒度分布及高性能的堵漏材料,形成致密封堵层,可以提高地层承压能力,有效预防井漏。通过现场试验验证,研究结果对现场防漏堵漏工作具有很好的指导意义。     

裂缝性地层水力裂缝张性起裂压力分析

 室内实验和矿场压裂实践表明,裂缝性地层水力裂缝在近井区域可能扩展为复杂的径向缝网,这与均质地层水力压裂产生的平面对称双翼裂缝具有巨大差异。由于水力裂缝延伸形态受起裂和延伸2个过程的控制,为此,研究裂缝性地层水力裂缝起裂机制是认识径向缝网扩展的前提。基于弹性力学和岩石力学理论,考虑天然裂缝与射孔孔眼相交,结合张性起裂准则,建立裂缝性地层水力裂缝沿天然裂缝张性起裂的起裂压力计算模型。计算结果表明：天然裂缝与孔眼相交点越靠近孔眼指端,张性起裂压力越小;天然裂缝与孔眼相交点越靠近孔眼顶部,张性起裂压力越小;受天然裂缝和水平地应力方位的影响,井眼周向上不同方位孔眼的张性起裂压力差可能急剧减小,这种作用效应将导致水力裂缝从井眼周向上不同方位的孔眼同时起裂延伸,产生径向缝网。实例计算表明,文中建立的起裂压力模型计算精度高,计算结果可靠,可用于裂缝性地层水力裂缝起裂压力计算和径向缝网扩展分析。     

水平井多段压裂多裂缝扩展形态计算方法

为解决水平井多段压裂多裂缝扩展形态问题,基于位移不连续边界元法建立三维裂缝应力场计算模型,并结合裂缝的不同边界条件和亚临界裂缝扩展模型,给出多裂缝扩展形态计算方法。通过与UFM模型对比,验证方法可靠性。根据该算法,研究不同压裂方式、不同缝间距与缝高、不同净压力与主应力差的多裂缝扩展形态,结果表明:对于多段单簇压裂,后续压裂缝会靠近或远离已压开流体内压缝,而已压开支撑剂充填裂缝对后续压裂缝扩展轨迹影响较小;多簇压裂外侧裂缝为主扩展裂缝,中间裂缝扩展长度减小;对于早先压裂缝为流体内压缝的情况,缝间距与缝高的比值不仅影响裂缝偏转角度,还影响裂缝偏转方向;对于两簇同时扩展的情况,缝间距与缝高的比值越小,或净压力与主应力差的比值越大,裂缝发生偏转的角度越大;对于多簇压裂方式,增大缝间距与缝高的比值有利于多簇裂缝的均匀延伸,而改变净压力与主应力差的比值并不能改变各簇缝长的分布情况。     

地质力学模型试验中围岩断裂缝测试技术研究与应用

 针对地质力学模型试验中围岩断裂缝测试技术要求,提出采用断裂丝测试围岩断裂缝的方案,并对断裂丝材料进行筛选。通过对比试验,最后选择石墨型线材,该材料基本上能与模型介质的断裂缝同步发生,满足试验要求。将该材料应用到淮南煤矿中,得到围岩断裂缝的发生、发展过程。本技术可为类似试验中的断裂缝测试提供借鉴。     

微生物沉积碳酸钙封堵混凝土裂缝的试验研究

利用微生物的酶化作用诱导矿物沉积来封堵混凝土裂缝是防渗堵漏的有效途径.采用裂缝内直接灌浆(浆液为菌液、营养盐和钙源溶液的混合溶液)和裂缝内预填介质再灌浆2种封堵处理方式,获得不同裂缝宽度条件下,混凝土灌浆次数与裂缝渗水速度的关系曲线.结果表明:缝内直接灌浆法适用于宽度较小的裂缝(小于0.5mm),宽度较大裂缝则需采用缝内预填细砂等介质再灌浆的封堵方式.     

提高屏蔽环承压能力实验研究

屏蔽暂堵技术在较短时间内形成的高强度屏蔽环既能有效保护地层又能有效防漏堵漏,屏蔽环强度的高低直接决定地层的承压能力。本文利用屏蔽暂堵原理,在实验室内利用普通钻井液进行改良,通过人工造缝的岩芯进行室内实验,通过对比分析两组实验的不同结果,得出具有实际意义的结论,指导现场的实际工作。     

提高屏蔽环承压能力实验研究

屏蔽暂堵技术在较短时间内形成的高强度屏蔽环既能有效保护地层又能有效防漏堵漏,屏蔽环强度的高低直接决定地层的承压能力。本文利用屏蔽暂堵原理,在实验室内利用普通钻井液进行改良,通过人工造缝的岩芯进行室内实验,通过对比分析两组实验的不同结果,得出具有实际意义的结论,指导现场的实际工作。     

斜井水力压裂过程中的缝间干扰力学机理研究

根据斜井水力压裂过程中的多裂缝扩展规律的调研,通过建立不同裂缝缝长和不同裂缝分布关系的模型,将位移不连续方法应用于斜井水力压裂过程中的力学干扰分析研究,同时在裂缝扩展准则上运用了修正了的能量释放率准则(G准则)--F准则进行裂缝间的裂缝扩展影响规律研究。根据不同裂缝缝长和不同裂缝分布关系的内外裂尖缝间干扰因子的模拟计算,结果表明:裂缝间距离越近受干扰程度越大,裂缝间的干扰不但有促进裂缝扩展的干扰也有阻止裂缝扩展的干扰。     

双井筒试验下页岩水力裂缝扩展与机制研究

水力压裂是页岩气开采的主要技术,研究水力裂缝的扩展规律有利于促进复杂缝网的形成。为了研究裂缝扩展规律和破裂机制,对页岩进行了真三轴双井筒水力压裂模型试验。结果表明:(1)竖向应力越大,裂缝形态越单一,多条水力裂缝间越不易沟通,页岩破裂压力越大;(2)水平应力差越大,双井筒水力裂缝与天然层理沟通越明显,越易形成垂直于水平最小主应力的裂缝;(3)双井筒出口在不同层理面时,两条水力裂缝形态相似,各自会沟通层理和天然裂缝;(4)双井筒出口在同一层理面时,两条主裂缝容易相交,与天然裂缝的沟通较少,不易产生缝网;(5)通过对上升斜率RA和频度FA值综合分析得到,页岩水力压裂以剪切破坏为主,在不同层理压裂更易产生复杂缝网。     

复合相变材料性能调配及在应急堵漏中的应用

基于“水下熔化相变材料应急封堵渗漏通道”的方法,对不同配比的石蜡松香复合相变材料和硬脂酸松香复合相变材料进行流动性试验和单轴压缩试验,得到相应的材料特性,并选择性能较佳的复合相变材料在土槽模型中进行堵漏试验,分析了其堵漏效果.结果表明：在熔融状态下,随着松香掺量的增加,石蜡松香复合相变材料的运动黏度呈指数函数的增长趋势,硬脂酸松香复合相变材料的运动黏度呈三次函数的增长趋势;松香的掺入使石蜡和硬脂酸由脆性转变为塑性,且随着松香掺量的增加,复合相变材料屈服应力逐渐增大,材料特性由应变软化转为应变硬化;与纯石蜡相比,松香掺量为20%的石蜡松香复合相变材料封堵用时更短,同周围土体结合更为密实,止水效果更好.     

基于平面应变模型的岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力计算

为了给出嵌岩桩作用在含不同溶洞地层上的桩端极限承载力计算方法,首先,根据岩溶区桩基承载特性建立了简化计算模型;其次,分析了岩溶区嵌岩桩桩端承载机理,并提出了岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力计算模型;再次,利用复变函数的方法对岩溶区嵌岩桩桩端平均约束应力进行求解,进而求得岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力;然后,对岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力的影响因素进行了参数分析,结果表明：①溶洞半径越大,对桩端极限承载力的影响越大。②桩端到溶洞中心的距离越大,对桩端极限承载力的影响越小。③溶洞埋深越大,对桩端极限承载力的影响越大。最后,工程算例对比分析表明该方法能满足工程要求,能为岩溶区嵌岩桩工程实践提供一些参考价值。值得注意的是,由于假定条件的限制,本文计算结果仅适用于溶洞洞边与桩端距离大于3倍桩径时的情形。     

大规模带桩筏基模拟试验研究

本文介绍了一种在圆形滑腔里进行的单桩模型试验,以模拟大规模带桩筏基的性状。文中提出了群桩地基破坏模式的理论判据,并推导出群桩地基极限承载力的计算公式。该公式反映出群桩间距对极限承载力的影响。     

岩溶区嵌岩桩桩端承载性能研究

为考虑岩溶区基桩嵌岩段岩层与顶板的整体承载效应及溶洞形状对桩端极限承载力的影响,在嵌岩桩桩端极限破坏模式研究的基础上,首先根据桩端极限破坏线与溶洞的位置关系,确定了溶洞发生破坏时的临界状态;其次,结合桩端岩层极限状态下的传力机制,分析了岩溶区嵌岩桩桩端极限破坏模式。然后,通过建立极坐标系,给出了溶洞发生冲切破坏、冒顶破坏的限定条件,并推导了不同破坏模式下岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力的计算公式。最后,用试验数据与工程实例对本文理论进行验算,验算结果表明:理论计算结果与试验现象及工程实例结果较为吻合,可为岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力的计算提供一些参考。     

钢网架封板的设计计算

建立了网架封板的强度计算模型,采用结构塑性极限分析理论,得出了封板极限承载力和厚度的计算公式,可供设计时参考.     

砂土地基中静压桩桩体回弹和复压特性分析

明确静压桩回弹和复压特性有利于提高静压沉桩质量及其经济性。为此,采用室内模型试验模拟砂土地基中静压沉桩,考虑沉桩速率、桩长和卸荷速率,分析静压桩卸荷过程中桩体回弹量、桩周侧压应力、桩端残余应力和单桩极限承载力的变化规律。并对比分析了复压前与复压后桩体回弹量、桩周侧压应力和桩体极限承载力的变化。结果表明：桩体回弹量主要与桩长有关,桩体回弹量约为桩长的0.4%,并随沉桩速率和卸荷速率增加而增大,且卸荷速率的影响程度大于沉桩速率。建立了桩体回弹量随时间变化的双曲线模型,较好地反映了卸荷过程中桩体回弹量随时间的变化规律。提出了卸荷后桩周侧压应力计算的修正被动土压力计算式,其计算结果显著优于被动土压力公式计算结果。沉桩速率和卸荷速率引起的极限承载力差异最高可达12%,建议以沉桩终压力的1.04倍进行桩体极限承载力估算。复压的主要作用是提高桩周侧压应力,且桩周侧压应力约提高50%,桩体承载力提高幅度约为10%,故实际工程中应关注复压施工质量,以有效提高桩体极限承载力。     

旋扩珠盘桩最优盘位和盘间距的确定

旋扩珠盘桩承力盘的位置和间距是影响其承载力的重要因素,由于小直径旋扩珠盘桩具有盘径比（D／d）较大的特点,如果按照挤扩支盘桩对承力盘间距取值的要求进行设计,有些情况下会使桩承载力降低,甚至达不到设计要求,给工程带来损失,也限制了旋扩珠盘桩的发展。本文结合实际工程中的双盘珠盘桩遇到的问题,用有限元方法分析了承力盘的最优盘位置和最优盘间距,得出了一些有益的结论,可为相似工程提供参考。     

抗浮锚杆及锚杆抗浮体系稳定性验算公式研究

抗浮锚杆及锚杆抗浮体系的抗浮稳定性验算公式宜采用综合安全系数法、分项系数表达方式。群锚稳定性验算可简化为单锚稳定性验算,验算模型可按上半部分长方体、下半部分圆锥体的假定破裂面形状,锥尖深度为锚固段计算长度与自由段长度之和。群锚整体抗浮承载力为单锚抗浮承载力之和,单锚抗浮力设计值可取假定破裂体内岩土体重量与破裂面黏聚力提供的摩阻力分别除以分项安全系数后之和,分项安全系数取值水准为1.5及3.0。锚杆抗浮体系稳定性验算公式中,抗力设计值可取建筑物自重标准值及其上作用的永久荷载标准值之和除以1.05的安全系数、抗拔桩的抗浮承载力设计值、抗浮锚杆的抗浮承载力设计值三者之和,而浮力设计值则取建构筑物基底静水压力标准值。     

侧压力系数对临界荷载的影响分析

取消现有公式中与实际不符的假定,考虑土体实际应力条件,重新推导了临界荷载公式,给出对任意侧压力系数均适用的临界荷载计算公式,并将超固结比OCR引入临界荷载的计算中。在粘聚力、内摩擦角、基础埋深、基础宽度、土体重度、超固结比等因素变动的情况下,着重分析了侧压力系数对临界荷载的影响规律。     

内钢板复合井壁水平承载力数值模拟研究

内钢板高强钢纤维混凝土复合井壁水平承载力受多因素影响。作者采用相似理论对水平承载力的影响因素进行了分析,并对典型参数模拟分析,得到了影响水平承载力的显著性因素依次为:混凝土厚度、内钢板厚度、混凝土强度等级。根据对大量模拟结果的回归分析,得到了复合井壁的水平承载力计算公式,该公式考虑的几何因素有内钢板厚度和钢纤维混凝土厚度,并且考虑了钢纤维混凝土强度等级。最后通过物理模型试验,说明了计算公式的可靠性,并且提出使用时需乘以0.9的系数进行折减。