滇西大平掌铜矿凝灰岩的特性及防塌研究

凝灰岩遇水软弱化及快速分解带来很多问题。本文通过XRF、XRD、SEM、TEM、ICP-MS及化学试验等方法,研究了滇西大平掌铜矿高风化软弱凝灰岩的成分、微观结构、离子溶出及防塌钻井液配方等内容,通过这些研究,可认知凝灰岩快速软化分解的机理,并为工程应用提供参考。研究表明:大平掌凝灰岩中石英、伊利石、白云母和黄铁矿共占90%以上,伊利石和白云母等硅酸盐是快速分解的矿物因素。微片层结构是凝灰岩中最普遍和典型的结构形态,该结构是具有强吸水性硅酸盐矿物的典型结构,有利于水在凝灰岩中快速运移并形成孔隙,高分解性凝灰岩普遍具有该微观形态。凝灰岩内的黄铁矿氧化生成硫酸和硫酸盐,ICP-MS测试表明,凝灰岩在水中快速分解时溶出较多金属离子,离子溶出对凝灰岩分解起促进作用。在前期研究的基础上,通过防塌钻井液试验,获得了具有较好防塌能力的钻井液配方。     

澜沧铅矿凝灰岩的膨胀机制研究

基于澜沧铅矿凝灰岩的快速膨胀垮塌并失去强度的工程背景,较系统地讨论了凝灰岩的膨胀垮塌机制。主要从凝灰岩的化学反应、微观结构、物质因素、防塌钻井液及防塌机制等方面来研究。具体研究内容如下:(1)通过凝灰岩与化学试剂的反应研究了凝灰岩的膨胀垮塌机制。化学反应研究贯穿整个研究过程。分别进行了广泛的化学反应实验研究、盐定向实验研究及防塌钻井液应用研究,获得的防塌钻井液配方将凝灰岩的稳定时间由水中2 min完全分解提高到15 d以上仍保持稳定,通过结合防塌钻井液来研究凝灰岩的分解垮塌机制,达到了应用和理论研究相互支持的目的。化学研究中还讨论了化学水合结晶的膨胀作用及阴离子的防塌作用。研究结果表明:凝灰岩中离子的溶出与凝灰岩的分解垮塌密切相关,饱和NaCl溶液能阻止凝灰岩中的离子溶解进而有效防止凝灰岩垮塌;钻井液中的NaOH和可溶淀粉成分对凝灰岩垮塌有重要的抑制作用,使用就地取材的凝灰岩滤液为基液可提升防塌性能,不宜使用防盐结晶的添加剂;化学水合结晶在长期湿润的地下存在并可导致一定的凝灰岩膨胀,但水合结晶膨胀不普遍,不是凝灰岩快速膨胀垮塌的主要原因;防止澜沧凝灰岩分解垮塌的阴离子应以卤族阴离子中的Cl-和Br-为佳。(2)由凝灰岩的微观结构和物理性质研究了凝灰岩遇水快速膨胀的原因。除分析了凝灰岩的粒度、孔隙、裂缝等物性外,主要使用扫描电镜观察。对比干凝灰岩、缓慢吸水凝灰岩及快速吸水凝灰岩样品的结构变化,研究了微观结构对凝灰岩膨胀垮塌的作用、凝灰岩遇水时裂缝孔隙的变化、水在凝灰岩内的流动及毛细管力和模型等问题。微观结构研究表明:凝灰岩中的粒度分布不均匀,总体较细,但含有对钻井卡钻有极大影响的致密坚硬的大岩块;凝灰岩的孔隙和裂缝十分发育,为水的快速进入提供了主要通道,自由膨胀时表面孔隙率增加达5倍以上,渗透率增加,封闭空间中的膨胀使得裂缝和孔隙均匀化变小,渗透率降低;膨胀过程中水的流动过程为:在毛管压力的作用下,水沿裂缝和孔隙在凝灰岩内快速扩散,进入凝灰岩层片状结构时,大量新的微孔隙和微裂缝产生,为水的进一步渗入提供了新的通道,水最终进入凝灰岩中普遍存在的亲水片状结构内;由毛细管力的平板模型分析可知,由于亲水片状结构的片间距离微小,故片间毛细管力较大,片状结构的普遍存在导致普遍而强烈的毛细吸水现象,且由于吸水后片发生卷曲,片间距增大并产生大量孔隙和裂缝,故认为澜沧凝灰岩中普遍存在的亲水片状结构吸水卷曲是凝灰岩遇水快速膨胀垮塌的主要原因之一。(3)研究了膨胀垮塌机制的物质因素。分别从膨胀和垮塌2个方面进行研究。研究膨胀时,使用X荧光仪获取初步的物质全成分并对比原凝灰岩成分和浸泡48 h溶液后凝灰岩成分,以初步观察溶解物质;使用X衍射测试矿物组成并对比化学反应中有明显区别的典型颜色样品,以进一步证实特征矿物成分的作用;对在扫描电镜观察下的膨胀部位典型结构进行电子探针物质检测,以精准测试膨胀的物质。研究垮塌时,主要使用化学方法并结合钻井液研究,设计增量时间下的溶出及防塌实验对比,并由验证实验获得确定的功能物质。结果表明:澜沧凝灰岩快速膨胀的矿物质原因为凝灰岩中含有大量的高岭石成分,层片状结构的高岭石快速吸水导致快速膨胀和垮塌;凝灰岩中的可溶物溶解对澜沧凝灰岩分解垮塌起十分重要的作用,Na+及K+的溶出是凝灰岩在水中分解垮塌的重要物质因素。(4)钻井液的防塌机制不仅是关于工程应用的一个专门研究,也是对凝灰岩分解垮塌机制的证实和补充。防塌机制研究中使用的与凝灰岩稳定性增加序列一致的、按钻井液配方进行溶质增量的防塌实验及溶出离子检测对比,不仅是物质因素研究的补充,也进一步从定量关系上讨论了化学现象。关于饱和盐水钻井液的防塌机制,根据实验现象提出了一些崭新的观点:食盐结晶的堵塞作用、淀粉对食盐结晶的支撑作用、NaOH对结晶的增强作用及对凝灰岩中离子溶出的阻碍等。研究表明:井壁由淀粉絮凝物、NaCl结晶及胶体形成湿润的混合膜覆盖,极大地阻碍了水浸入凝灰岩层,钻井液的成膜隔水能力是防塌的重要原因;钻井液具有较强的阻止离子溶出能力亦是防塌的重要原因。     

疏水缔合型和非疏水缔合型驱油聚合物的结构与溶液特征

考察三次采油过程中所用的部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)和疏水缔合型部分水解聚丙烯酰胺(AHPAM)结构与性质的差异,通过对其结构表征以及对其增黏性、耐温性和抗盐性的测试,结合扫描电镜(SEM)对两种聚合物溶液微观结构形态的观察,讨论疏水基团的存在对聚合物溶液性质的影响。结果表明,相对于HPAM,AHPAM溶液因结构中含有的疏水基之间的相互作用使高分子间进一步形成缔合的网络结构而具有良好的增黏性、耐温性和抗盐性。     

煤层气钻井低密度水基成膜钻井液研制与性能测试

为解决煤层气开采钻井过程中的井壁失稳和储层伤害问题,以硅酸钠和甲酸钾质量比2∶1比例复配,采用正交试验法,实验因素为成膜剂、增黏剂、降滤失剂、絮凝剂,研究出1种煤层气钻井低密度水基成膜钻井液配方即质量分数为5%成膜剂+质量分数为2%增黏剂+质量分数为2%降滤失剂+质量分数为0.3%絮凝剂等。测试了成膜钻井液和未添加成膜剂钻井液的基本流变参数,进行抑制分散性实验、渗透率伤害实验、动滤失实验。实验结果表明:与未添加成膜剂的钻井液相比较,成膜钻井液的剪切稀释性和抑制泥页岩水化性能较好;新型水基成膜钻井液在接触井壁的短时间内在井壁形成半透膜,薄而韧,且稳定时间长;钻井液滤失量相对较小,阻挡液体及聚合物的侵入,能够有效防止地层水化膨胀并封堵地层。     

哈深斜1井钻井液技术

为了解哈山前缘冲段带二叠系含油气情况,探讨在山前高陡构造钻遇大位移井的可行性,在哈山山前构造带部署了预探井哈深斜1井。为确保哈深斜1井钻探成功,研发了铝胺抑制防塌钻井液体系。评价实验表明,铝胺抑制防塌钻井液体系抑制性及封堵性好,润滑性能强。现场通过合理密度支撑-多元强化抑制-双重封堵防塌-润滑防卡措施,辅助相应的钻井液现场维护处理工艺,解决了高陡地区钻遇大位移井所遭遇的井壁失稳,井眼净化及润滑防卡的难题,顺利钻达目的层,钻井时效比预计提高了10%。     

新型改性聚丙烯酰胺灌浆材料的制备和性能研究

以硫醇为链转移剂经自由基聚合合成超低分子量的部分水解的聚丙烯酰胺,再利用合成的聚丙烯酰胺与甲基丙烯酸缩水甘油酯进行开环反应制备改性聚丙烯酰胺,并用1H-NMR对改性聚丙烯酰胺进行表征。然后使用水溶性氧化还原体系,再添加其它试剂,制备了一种新型无毒水溶性聚丙烯酰胺灌浆材料,并与丙凝浆材的性能进行比较,研究表明,该改性聚丙烯酰胺灌浆材料是一种性能优异的环保灌浆材料。     

一种复合型高性能混凝土流变剂的制备

本文介绍了一种复合型高性能混凝土流变剂的制备过程。通过与纤维素、聚丙烯酰胺、淀粉等常用的混凝土流变剂性能对比发现,合成的流变剂和混凝土外加剂具有良好的相容性,拌制的混凝土粘聚性及流动性等工作性能良好。     

聚丙烯酰胺及其在造纸工业中的应用

聚丙烯酰胺是一种多用途的高分子聚合物,根据其离子性,具有不同的结合机理,其极性基团可以和纸浆中的纤维形成氢键结合和静电结合,在造纸工业中可做为助留助滤剂、干强剂、分散剂和絮凝剂等。本文介绍了聚丙烯酰胺的分类及其在造纸工业中的应用。     

超高效液相色谱串联质谱法测定残留丙烯酰胺

目的建立快速测定聚丙烯酰胺水处理剂中丙烯酰胺单体的方法。方法样品中加入同位素内标,经甲醇超声提取,0.2μm滤膜过滤后,选择ACQUITY UPLCHSS T3(1.8μm,2.1 mm×100 mm)为分析柱,甲醇和水为流动相,采用正离子扫描反应监测模式检测丙烯酰胺的含量。结果聚丙烯酰胺水处理剂中丙烯酰胺单体在0~1 000 ng/m L范围内线性关系良好,相关系数为1.0000,检出限为0.09μg/g,检测限为0.31μg/g,平均回收率>98.5%,精密度RSD<5.0%。结论该方法操作简单、灵敏度高,选择性好,准确度高,适用于聚丙烯酰胺水处理剂中丙烯酰胺单体的测定。     

粉砂层地质条件下超长桩基施工质量控制

为解决粉砂层地质条件下桩基塌孔、缩颈等问题,依托某机场快线项目,对超长桩基施工进行研究.采用ZR280旋挖钻机进行钻孔,结合钢护筒、双圈钢筋笼确保了桩基的承载能力;通过在NaOH溶液中加入聚丙烯酰胺形成PHP,再将PHP按照配比加入基浆中进而形成新浆,每立方米基浆中加入PHP胶体0.4～0.6 kg,确保了粉砂质场地条...     

关于绿泥石化岩层钻井冲洗液的研究

从绿泥石化岩层的特征入手,对适合该岩层的钻井冲洗液进行了研究,通过工程实例的分析,介绍了一种润滑防塌泥浆配方,有效地抑制了钻进过程中孔内事故的发生,解决了绿泥石化岩层钻进难的问题。     

大港油田深井井壁稳定问题

指出了大港油田深井钻井过程中经常发生的井壁失稳的3种主要形式坍塌、缩径、破裂，从岩石力学和物理化学两个主要因素简要分析了井壁失稳的机理，结合现场总结出了由地应力因素引起油气井壁失稳常用的4种控制技术和由钻井液化学因素引起油气井壁失稳最常用的几种防塌钻井液体系。     

适用于浅层覆盖层的防塌减阻聚合物钻井液的试验研究及现场应用

多年来北京地区工程勘察行业钻探取芯率较低的现状一直困扰着工程技术人员。北京平原区分布有单层或多层碎石类土,碎石土胶结性差、易散碎,钻探取芯难度大,山区基岩断裂破碎带或碎裂岩体的取芯质量也较差,较低的岩芯采取率会导致工程技术人员不能准确地判断岩、土体原状结构,易误判围岩级别、碎石土粒径及物质组成等岩土条件。因此,提高岩芯采取率对解决工程问题至关重要。主要可通过改进钻探工艺和改善钻井液性能两个方面进行研究。本文通过对现有钻井液使用情况的分析,进行室内钻井液配制试验,外加增粘剂、防塌剂等,配制出一种具有较高粘度、动切力、较适宜的动塑比、较低的滤失量和较好的防塌性的高性能的防塌减阻钻井液,并进行了试验性的现场钻探,取得了较好的取芯效果,验证了试验成果。     

高分子成膜剂对混凝土制品脱模性能的影响

研究了几种高分子成膜剂的水溶性及对脱模剂黏度、脱模性能、防锈性能和干燥时间的影响。研究表明:聚马来酸酐、聚季铵盐和聚乙二醇系列在水中的溶解性较好;以聚乙二醇10 000、聚乙二醇12 000和聚季铵盐为成膜剂的脱模剂黏度、脱模性能、防锈性能和干燥时间符合标准的要求;以聚乙二醇10 000为成膜剂的脱模剂在现场验证中效果良好。     

新型改性聚丙烯酰胺灌浆材料的制备和性能研究

通过自由基聚合合成了超低分子量的聚丙烯酰胺,再用甲基丙烯酸缩水甘油酯对其进行改性,制备了一种新型无毒水溶性聚丙烯酰胺灌浆材料.与普通丙凝浆材相比,该改性聚丙烯酰胺是一种性能优异的环保型灌浆材料.     

矿粉掺量对碱激发凝灰岩胶凝材料性能的影响

将粒化高炉矿渣微粉(GGBS)掺入凝灰岩石粉(tuff)中,通过NaOH溶液和Na_2SiO_3溶液碱激发,制备碱激发凝灰岩胶凝材料。探究了GGBS掺量对碱激发凝灰岩胶凝材料凝结时间和力学性能的影响,并采用X射线衍射(XRD)等分析手段对样品进行微观表征,探究碱激发过程中凝灰岩石粉和GGBS的复合反应机理。结果表明:掺入GGBS可以缩短碱激发凝灰岩胶凝材料浆体的凝结时间;随着GGBS掺量的增大,碱激发凝灰岩胶凝材料的抗压强度呈现出先增大再减小的趋势,在GGBS掺量为20%时,制备的碱激发凝灰岩胶凝材料样品28 d抗压强度最高,达到73.33 MPa。微观分析表明,在碱激发剂作用下凝灰岩/矿粉复合体系发生了地质聚合反应和矿粉水化反应,生成了N-A-S-H凝胶和C-S-H凝胶共存的结构,从而提高了胶凝材料的强度。     

用于水泥沥青砂浆的聚羧酸减水剂的制备

采用聚乙二醇单甲醚(1000、2000)、甲基丙烯酸、阻聚剂、催化剂、引发剂、苯乙烯、丙烯酰胺和对苯乙烯磺酸钠合成了用于水泥沥青砂浆的聚羧酸减水剂.研究了酸醇摩尔比和苯乙烯、丙烯酰胺、对苯乙烯磺酸钠的用量对合成减水剂性能的影响.对聚羧酸减水剂配比进行了优化,进行了中试,制备了CA砂浆样板,并进行性能测试.用GPC对中试聚羧酸减水剂进行了表征.结果表明:大单体的制备及减水剂聚合工艺是可行的.最佳酸醇摩尔比为4.0:1.0,苯乙烯和丙烯酰胺的最佳用量均为3％,对苯乙烯磺酸钠用量以不超过3％为宜.掺该合成聚羧酸减水剂的CA砂浆性能良好,制备的CA砂浆样板基本无缺陷.     

谈谈毛细管柱气相色谱法检测水中丙烯酰胺

聚丙烯酰胺是较常用的一种助凝剂,在处理高浊度水时具有优良的助凝效果。但因其释出的单体丙烯酰胺对人体有害,所以2001年9月1日起实施的《生活饮用水卫生规范》中规定其含量不能超过0．5μg／L。目前检验方法依据《生活饮用水检验规范》气相色谱的方法,由于在检测中杂峰出现较多,影响结果测定。针对这一情况,我们对改用HP-5毛细柱检测和萃取剂不浓缩两个步骤进行了探讨。     

北江夏季高浊度原水净化试验

以北江夏季高浊度原水为试验水样,观察了聚合氯化铝、聚合硫酸铝单独混凝工艺以及聚合氯化铝和阴离子型聚丙烯酰胺协同混凝工艺的效能,同时找出了在相同聚合氯化铝投药量条件下聚丙烯酰胺最佳投加时间和最佳投加量.结果表明,对于北江夏季高浊度水,可通过固定助凝剂聚丙烯酰胺投加量,调节聚合氯化铝投加量来控制待滤水浊度.     

氧化/过滤处理油田采出水用以配制聚合物溶液

将油田采出水用于配制三次采油用的聚合物溶液,可降低油田污水外排的环境污染,减少油田生产的清水使用量,但未经处理的采出水直接用于配制聚合物溶液会导致聚合物溶液粘度下降.为此以大港油田采出水为研究对象,分别采用K2FeO4、KMnO4、H2O2、ClO2(投量均为10 mg/L)和空气曝气对其进行氧化处理,将处理后的采出水以滤纸过滤后用于配制浓度为1500mg/L的聚丙烯酰胺溶液,结果表明,在室温环境下,用K2FeO4和KMnO4处理后的采出水中的Fe2 、总铁、总酚及悬浮物浓度均显著降低,所配制的聚丙烯酰胺溶液粘度,远高于用H2O2、ClO2和空气曝气处理后的采出水所配制的聚丙烯酰胺溶液的粘度.