南246-平309阶梯水平井井眼轨迹控制技术

南246-平309水平井位于大庆敖南油田,目的层为葡萄花油层。该井为7靶点的阶梯水平井,设计井深为2121 m,实际完钻井深为2153 m,水平段长度728.48 m,井底水平位移1120 m,采用阶梯式水平井进行开发,轨迹控制精度要求高,施工难度大。在施工中由于受地层因素的影响,工具造斜能力下降,使第1靶点不能正常着陆。为此采用大斜度螺杆钻具进行非填井悬空侧钻,自然填埋下井眼的方法,实现了正常着陆。通过调整钻具组合、钻进参数、优化油层套管串结构等,使该井顺利完井,满足了设计要求。不仅取得了较好的经济效益,也为该区块水平井施工提供了宝贵经验。     

巷道岩体蠕变断裂失稳区预测研究

地下巷道岩体具有一面临空,围岩的应力由原来的三向应力状态变为二向应力状态,在次生应力的作用下围岩会产生蠕变,其随时间的增长巷道将发生严重的收缩变形破坏,即蠕变断裂破坏。以白皎煤矿地质资料为背景,利用3D–σ有限元软件建立了巷道的三维结构模型,巷道采用正台阶式开挖,应用工程岩体蠕变断裂失稳两步计算法,分析了巷道岩体在动态施工过程中产生蠕变断裂形成塑性区域的演化特征,研究成果可为巷道支护设计提供理论依据。     

饱和、非饱和岩石损伤统计本构模型探讨

基于统计理论和损伤力学对岩石在荷载作用下的破坏、损伤特征进行了探讨,建立了弹性损伤统计本构模型。在损伤演化方程中全部采用有效应力,并能反映岩石剩余强度。在混合物理论基础上,建立了饱和、非饱和岩石损伤软化统计本构模型。该模型能反映岩石在单轴抗压试验中初始加载阶段全应力-应变曲线稍向上凹曲的特征,以及在岩石受力过程中损伤和空隙(或孔隙)中流体对应力-应变关系所起的作用。与试验结果的比较显示模型是合理的。     

基于细观力学的盐岩蠕变损伤本构模型研究

在对盐岩在蠕变试验中所表现的损伤特征认识基础上,利用对应性原理建立了基于细观力学的盐岩蠕变损伤本构模型。该模型能够体现考虑损伤和不考虑损伤的蠕变力学过程的巨大差别,应变率随着有效蠕变应力的增大而增大的特征,及在一定畸应力作用下随着静水压力的增大蠕变应变率变小的特征。     

共生硬石膏石盐矿石的物理力学参数与品位相关性初探

中国石盐矿石具有氯化钠含量低和多矿物成分的特点,矿物种类和含量的不同使得其物理力学性质与国外高品位的盐岩有很大的不同。对采自硬石膏石盐岩矿床的矿石进行了常规单、三轴试验,研究了矿石品位对试样变形和相关物理力学参数的影响。结果表明,在单轴和低围压的三轴试验条件下,所有试样的应力—应变曲线出现明显的峰值强度。高纯度试样在高围压的三轴条件下,表现出明显的塑性流动特征,试样没有明显的破坏面,表现为体积膨胀;低纯度试样(氯化钠含量小于5%)在高围压下,其变形曲线在较小的轴向应变下出现峰值强度,试件出现明显的破坏面。不同纯度试样的弹性模量、剪切模量和体积模量随着氯化钠含量的升高而降低。Hashin-Shtrikman上下限理论可以计算不同品位试样的剪切模量和体积模量的上下限,可作为一种辅助性手段验证预测解析方法的正确与否,并为地下储库的研究提供合理的技术参数。     

尾矿高坝的边坡稳定性研究

尾矿坝的安全运行是保证矿山生产正常运行的必要条件。针对江西某尾矿高坝,在现场调查的基础上,进行了现场勘察和取样工作,分析了尾矿沉积规律和坝体组成结构,开展了不同工况下的坝体稳定性研究,并探讨了坝体灾害的防治措施。研究结果表明,从坝区至库内,尾矿由粗变细的趋势非常明显;由上到下,由于采用中线法堆积,尾矿由粗变细的趋势不大明显;尾矿坝的沉积滩形态舒缓,其坡度较为平坦,且未见尾矿泥;尾矿坝处于正常运行工况和洪水运行工况时,计算的安全系数能满足规范要求,尾矿坝基本处于稳定状态;在尾矿坝处于全饱和工况和地震工况时,计算出的安全系数远低于规范规定的要求,坝体的稳定性也明显降低,使得坝体处于极不稳定状态。     

多夹层盐矿油气储库水溶建腔夹层垮塌控制技术

针对多夹层盐矿油气储库水溶建腔过程中遇到的难溶夹层处理的重大技术难题,提出了难溶夹层直接顶板极限跨度的计算方法,揭示了腔体溶蚀策略对夹层垮塌的影响规律,给出了调控难溶夹层垮塌时间的若干措施。综合相关研究成果并结合单井对流水溶建腔工艺,提出了适用于多夹层盐矿水溶建腔的难溶夹层垮塌控制技术。并以金坛储气库某腔体为例阐述了夹层垮塌控制在增大腔体有效容积中的应用。     

基于可靠度方法的盐岩地下储气库腔体收缩风险分析

由于腔体收缩导致的储气库可用体积减少是盐岩地下储气库在运营阶段的常见风险类型之一,严重时会造成腔体围岩破损甚至坍塌破坏,引发重大事故灾害。针对盐岩地下储气库在运营过程中可能发生的腔体收缩事故,通过力学分析推导出无限、理想盐岩体中恒定内压下球形腔体在盐岩稳态蠕变阶段的体积收缩率公式,并结合腔体收缩风险的分级标准建立盐岩介质中球形腔体的体积收缩的极限状态方程;然后通过可靠度分析法计算各参数为正态随机分布时腔体收缩各级风险的发生概率,分析地应力与腔体内压差值与各级风险发生概率之间的变化规律;最后讨论若将围岩的弹性变形、初始蠕变变形以及加速蠕变变形考虑在内时对计算结果的影响,为我国盐岩储气库的运营管理提供理论参考。     

盐岩屈服–破坏特征的试验及理论研究

围岩塑性区及破坏区的范围是盐岩地下储气库群腔体间距设计的重要因素,盐岩屈服及破坏特性的精确描述对于减少腔体间距,以及在有限的盐岩建库区建设更多的储气库具有重要的意义。基于盐岩的单轴、三轴应力–应变试验曲线,分析盐岩的屈服–破坏特征,将腔体围岩分为弹性区、塑性区及破坏区。试验结果表明：盐岩的屈服表现出强烈的线性特征,能够用Tresca屈服准则来描述盐岩的屈服特性,以塑性应变第二不变量为硬化参数研究盐岩的硬化特征,发现盐岩为等向硬化材料。在屈服方面,盐岩表现出金属材料的特征;在破坏方面,盐岩表现出岩土材料的特性。试验观察到剪切破坏以及轴向劈裂破坏,并基于厚壁圆筒理论解释单、三轴压缩试验中出现的轴向劈裂破坏现象。同时发现盐岩的破坏特征具有强烈的围压相关性,当围压≥5 MPa时,盐岩即使达到很大的变形(20%)依然能够承载而不发生破坏。基于莫尔–库仑准则,引入一条与围压相关的坏准则,最终建立包括拉破坏、剪破坏以及不破坏的盐岩破坏准则,基于破坏准则将应力空间划分为3个区：拉破坏区、剪破坏区以及不破坏区。在FLAC中修改本构以及自定义状态参量,通过简单模型得到围岩的弹性区、塑性区以及破坏区,验证屈服准则、破坏准则以及围岩分区的正确性。