微扭矩检测传感器的研究与实践

在钻井液性能参数微机监测系统的开发研究中,对钻井液流变性能参数检测系统的切应力检测进行分析与研究。鉴于现有的扭矩传感器测量扭矩比较大,不适用于微扭矩的检测,故在此系统中,微扭矩检测传感器的研究设计成为了重要的任务,主要工作包括微扭矩检测方案的确定、传感元件材料的选择与分析、电阻应变片的选择与信号处理以及传感器使用过程中的安全与维护分析等。     

煤矿高浓度胶结充填料浆流变特性试验研究

煤矿高浓度胶结充填材料由煤矸石、粉煤灰、水泥等材料混合而成,为得到充填料浆的流变特性,采用旋转流变仪,通过试验得到充填料浆的剪切速率-剪切应力流变曲线图,经回归分析确定了料浆的屈服应力和粘度系数,确定了流变模型和流变方程。分析了流变参数随时间的变化规律,得到了管道输送阻力损失算式,单位长度的管道输送阻力损失是管道内径、料浆输送剪切速率和时间的函数,分析结果可以为充填系统的设计提供技术参数和依据。     

不同剪切模式下的全尾砂浆触变特性研究

为了探究尾砂胶结充填料浆的触变特性,以某铁矿全尾砂为研究对象,测试充填料浆在恒定剪切模式、环形剪切模式和阶跃剪切模式下的流变参数变化规律。结果表明：恒定剪切模式下剪切应力与表观黏度都随着时间的增加逐渐下降直至趋于稳定,而随着剪切速率的升高,料浆的屈服应力逐渐升高但塑性黏度逐渐减小;循环剪切模式下无论剪切速率升高或是降低,剪切应力总体总是呈现下降趋势,而表观黏度变化规律则与剪切速率变化相反;阶跃剪切模式下随着剪切速率的突增,尾砂料浆会再次进入弹性变化阶段剪切应力与表观黏度皆有略微升高随后进入应力松弛阶段剪切应力及表观黏度逐渐降低。对尾砂料浆的触变性规律做出了一定的解释,对矿山现场管道输送提供一定的指导意义。     

黄土和风积砂为骨料的高浓度胶结材料流变特性研究

为保证高浓度浆液顺利输送及掌握其在采空区中的堆积效果,对高浓度胶结充填材料进行流变特性研究。选取水泥和粉煤灰为胶凝材料,风积砂和黄土为骨料,对不同胶凝材料和不同骨料配比下高浓度充填浆液流变特性的影响规律进行研究,得到了各因素关于高浓度充填浆液的剪切应力、表观黏度、屈服应力、塑性黏度,以及触变性之间的关系。结果表明,不同黄土和风积砂掺比下高浓度充填浆液均有一定触变性,且骨料中黄土所占比例越大,触变性越大。高浓度充填浆液的剪切速率与剪应力曲线在剪切速度增加区间和剪切速率减小区间数据均服从宾汉模型关系,且同一剪切速率下随着黄土掺加比例的增加所需剪切应力增加,表观黏度增加。提出用细料(黄土、水泥和粉煤灰)和骨料(砂)质量比来确定浆液对流变特性的影响关系,细料骨料比越大,屈服应力越小,塑性黏度越小,触变性越小,浆液流动性越好。     

基于恒定剪切速率的分级细尾砂浆流变模型研究与应用

尾砂浆的流变特性是充填设计的重要参数,结合山东某金矿充填的具体工况,采用恒定剪切速率加载试验、料浆 结构动力学理论对分级细尾砂浆流变特性进行研究,建立了恒定剪切速率作用下分级细尾砂浆的流变模型,并运用线性规划理论获得了恒定剪切速率为2 s－1、20 s－1、80 s－1和180 s－1,质量浓度为74％时的流变模型具体表达式.研究结果表明:分级细尾砂浆在恒定剪切速率加载过程中,所受剪切应力随时间的增长而逐渐减小并最终趋于稳定;分级细尾砂浆的流变模型为指数型函数,理论模型曲线与试验结果的决定系数R2分别为0.9897,0.9785,0.9612和0.9583,模型曲线与试验结果拟合度较高;应用该模型对质量浓度为72％,灰砂比为1:4的尾砂浆流变行为进行验证,模型所得理论计算值与实测值之间的误差小于３％,研究结果可为同类型矿山充填设计提供参考。     

采煤沉陷区治理时高浓度浆液流变时效特性研究

研究高浓度浆液流变特性随时间变化规律对采空区注浆充填有重要意义,为准确掌握高浓度浆液在采空区中形成的堆积体大小与形态,选取水泥为胶结材料,标准砂为骨料,对不同骨胶比高浓度充填浆液流变参数随着时间变化规律进行研究。结果表明,剪切速率在0～60 s-1递增过程中,浆液的剪切应力和表观黏度均会先突增至某一值然后下降;剪切速率在60～0 s-1递减过程中,浆液的剪切应力和表观黏度为线性递减。剪切速率上升时对应的剪切应力和表观黏度均大于下降时的剪切应力和表观黏度,浆液具有触变性。剪切速率在60～0 s-1递减过程浆液符合Bingham模型,且剪切速率减小过程更满足高浓度浆液充填采空区的实际工况。利用Bingham模型求得不同时间浆液塑性黏度和屈服应力,随着静置时间增加,高浓度浆液屈服应力和塑性黏度整体增加,触变性整体增加;相同静置时间下,骨料占比越多,浆液的塑性黏度和屈服应力越大。高浓度浆液随时间的流变规律主要受到硅酸三钙反应影响,生成的针状水化硅酸钙直接影响了不同静置时间下高浓度浆液的黏度、屈服应力和触变性,2 h以内,针状水化硅酸钙在砂颗粒之间的桥接作用使高浓度浆液的黏度、屈服应力和触变性都...     

某全尾砂膏体流变参数测量及其流变模型优化

全尾砂膏体在管道输送设计时需要选取合适的非牛顿流变模型。但全尾砂膏体在进行流变参数测取实验时,其颗粒种类、粒度分布及其内部结构不能保证在每一份测量试验下均相同,故全尾砂膏体流变参数测量重复率较低且其流变模型选择不够精确,直接影响了管道输送阻力值的大小。针对以上问题,基于全尾砂膏体在恒定剪切速率下存在剪切应力松弛的特性,待其剪切流动达到"等结构"状态后再测量相应的剪切应力-剪切速率关系。基于多次测量均值法降低流变参数测量的随机误差,并通过模型多参数依次拟合法求取最适宜的流变模型。研究结果表明,本次实验最优模型为Bingham伪塑性体模型,最优流变参数为幂律指数n=0.7,屈服应力82.24 Pa,稠度系数4.941 Pa·s,各样品组之间流变参数拟合差异较小,实验方案能够获取较精确的流变模型。     

CL-C型黏土水泥浆本构关系及流变参数时变性研究

针对CL-C型黏土水泥浆设计室内试验,利用旋转黏度计对浆液流变模型、表观黏度及剪切应力的时变性规律等进行研究。分析试验结果表明：①CL-C型黏土水泥浆为非牛顿流体,浆液配比影响其流变本构模型,部分配比浆液更符合宾汉流型,部分则更符合屈服假塑性流体流型|②CL-C型黏土水泥浆浆液表观黏度及剪切应力存在时变性规律且符合指数型增长|③表观黏度受剪切速率影响,同一段时间内,低剪切速率时,表观黏度增速较快且增量更大,而高剪切速率下则相反。本研究对注浆工程中浆液配比及泵量的选择具有实际意义,能够有效地指导注浆工程施工。     

压剪条件下岩体剪切力研究

通过ANSYS软件,建立包含节理厚度为0.05 m,起伏角为45°的规则节理岩体,并在ANSYS软件中划分网格.将所建模型导入FLAC3D数值模拟软件,对该节理岩体进行不同法向压力和不同剪切速率加载条件下的数值模拟实验.共得到了64组不同压剪条件下岩体的剪切应力,分析了相同法向应力情况下,剪切速率对剪切应力的影响,及相同剪切速率,不同法向应力对剪切应力的影响趋势.同时,对不同剪切速率情况下,岩体的法向应力和剪切应力之间的关系进行线性拟合,拟合结果表明:不同剪切速率情况下,岩体对应的库伦准则存在一定的差异性.     

钻井液流变参数计算方法及现场应用软件开发

钻井液流变模式的合理选择和流变参数的准确计算是钻井液优化设计的前提.针对目前比较常用的4种钻井液流变模式,分析了流变参数的常规计算方法及回归分析计算流变参数的方法;利用回归分析的数学方法,对4种流变模式下流变参数进行了数据处理并开发了计算机软件,通过计算机软件计算流变参数及其相关系数,输出各流变模式的流变曲线,从而实现流变模式优选,最后应用DN204井钻井液数据进行了实例验证.     

濮阳3286m岩盐勘探深井高密度钻井液工艺

濮阳岩盐普查项目ZK0401孔设计孔深3280 m。在该孔钻探取心施工中,结合地层水敏性、地层压力及地温特点,试验采用了耐高温、高密度饱和盐水钻井液,并配以适宜取心钻探工艺,成功地实施了连续岩盐取心,实际终孔孔深3286 m,收到了良好的效果。重点介绍了钻井液体系配方的优选及钻井液工艺技术措施。     

天然气水合物勘探泥浆制冷系统温控单元的改进研究

针对天然气水合物钻井泥浆制冷系统在使用过程中,人为操作不当或某些设备异常造成系统瘫痪及需要人工频繁开关载冷剂循环泵等问题,在原有系统基础上加入智能温控单元。提高了天然气水合物钻井泥浆制冷系统的自动化程度,解决了制冷过程中的重要隐患,以确保泥浆制冷过程正常进行。     

海洋天然气水合物地层钻探钻井液低温流变性能研究

海洋天然气水合物赋存于低温和高压环境条件,以分解抑制法钻进水合物地层,常通过降低钻井液的温度来抑制水合物的分解,所以要求钻井液具有良好的低温性能.对甲酸盐海水钻井液和聚合醇海水钻井液在不同低温条件下的流变性能进行了探讨.结果表明:钻井液处理剂和水合物抑制剂均对钻井液的低温流变性能有不同程度的影响.提出在研究海洋天然气水合物地层钻探钻井液时,应合理选择钻井液体系和处理剂,确保钻井液在低温条件下具有良好的流变性能.     

硅酸钾钻井液在页岩气水平井中的可行性研究

页岩气开发以水平井为主,由于页岩地层裂缝与层理发育,在长水平段钻井过程中极易发生垮塌等井眼稳定问题,同时还有携岩、摩阻等一系列问题;大量的研究工作表明,硅酸盐钻井液的抑制性是较为接近油基钻井液体系的,但其能否用于页岩气水平井的钻井过程中是值得探讨的。本文在对硅酸盐钻井液体系及页岩稳定分析的基础上,建立了一套硅酸钾钻井液体系,该钻井液体系除了具有良好的抑制性能以外,更具有较低的滤失量(高温高压滤失量6 m L),并且流变性易于控制,润滑性好,分析认为该体系能够满足页岩气水平井钻井的要求。     

涪陵页岩气田水基钻井液技术

涪陵页岩气田属川东南地区川东高陡褶皱带包鸾-焦石坝背斜带焦石坝构造,主要开发上奥陶系五峰组—下志留系龙马溪组页岩气层,岩性主要为灰岩、泥岩、页岩,钻井施工中易漏、易塌、易喷。井型为三开结构水平井,一开、二开采用水基钻井液体系。通过技术研究,确立了以氯化钾、聚胺页岩抑制剂等为主剂的水基钻井液体系,形成了适合涪陵页岩气田勘探开发的浅层气预防、井壁稳定、降摩减扭、防漏堵漏等系列水基钻井液技术,较好地满足了钻井施工要求。     

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。     

地质岩心钻探冲洗液固控系统及配套工艺研究

针对地质岩心钻探用液动潜孔锤、孔底动力钻具等钻探新技术、新方法、新工艺和新工具对冲洗液性能的更高要求,并结合现场需求,研制了地质岩心钻探冲洗液固控系统。整个系统配置泥浆清洁器、离心机二级净化设备,满足地质岩心钻探工艺需求;系统采用模块化集成设计,具有较强的适应性,搬迁方便、安全可靠。     

三相泡沫钻井液流变特性研究

三相泡沫钻井液流变模式可通过灰色关联分析法进行优选。卡森模式是描述该钻井液流变特性的主要模式。该钻井液表观粘度高，切应力较大，剪切稀释特性强。流变参数主要受气液比和基浆性能影响。     

极地冰层取心钻进超低温钻井液理论与试验研究

南极冰层取心钻进的关键之一是钻井液的耐温能力。根据南极冰层钻进的特点及对钻井液的特殊要求,在综合分析国内外冰层钻进钻井液应用经验的基础上,对有机硅、氟代烃、一元脂肪酸酯及二元脂肪酸酯进行了理论上的分析研究,测试了各自在不同温度条件下的粘度和密度,分析了粘度与密度变化的机理。确定出分子间相互作用中无氢键形成的物质的粘温系数最小,脂肪酸酯的粘温系数受到分子间氢键的数量影响最大,指出了介质密度的增加是由于体积收缩所致,与介质的分子结构与形态无关。所得到的结论对于极地冰层取心钻进钻井液的选择与确定具有重要的理论与实际意义。