CO_2注入下岩层变形和流体运移分析(I):两相流-岩层耦合模型

目前国内关于CO2咸水层封存尚处于先导性和试验性研究阶段,对超临界CO2注入过程中岩层力学响应和流体运移的理论与技术方面的认识还不完善。为研究CO2注入下岩层变形和流体运移,基于两相流动数学模型,给出了超临界CO2和咸水质量守恒方程;采用毛细压力和有效饱和度的关系式,将质量守恒方程变换成以毛细压力为变量的表达式,以便于考虑流体压力对岩层的影响。提出了无流体压力影响下的岩层力学本构模型,该模型能够同时考虑岩层的塑性变形和损伤。分析了两相流体-岩层相互作用机制:一方面,采用有效应力原理,考虑流体压力对岩层的力学影响;另一方面,通过岩层固有渗透率变化考虑岩层变形对流体运移的影响。     

地形对水平岩层自重成因地应力场的影响

通过极坐标系下的艾里应力函数法,求解出在集中力作用下水平岩层中各应力分量。山体对其下伏岩层可作为分布载荷,对集中力作用下水平岩层中各应力分量积分,便求得山体对下伏水平岩层的附加应力。已有研究成果表明,当由外载引起的附加应力小于由重力引起的静止侧压力的20%时,则可以不考虑外载的影响,这样便导出了地形对自重应力影响深度所满足的函数关系式。此外,本文举例说明了如何求得地形对水平均质各向同性水平岩层的自重应力场的影响深度。     

地下水保护区划分方法及其意义

为了保护地下水免遭污染侵害，文章在分析地下水污染的一般特性基础上，总结了岩层的抗污染性质，即岩层对污染物的过滤、吸附、降解等作用，给出了定量描述岩层抗污染性的阻隔系数概念；进而又给出了定量描述地下水遭受污染可能性大小的污染指数概念。在掌握水文地质条件基础上，通过绘制岩层阻隔系数等值线和地下水污染指数等值线，按级别进行地下水保护区划分。只要按区开展城乡规划建设，就可有效地实现地下水保护。     

γ测井的定量解释

美国原子能委员会制定了一种定量解释的方法,用以确定钻井中岩层内具有γ放射性的元素的含量。该方法以下列关系式为依据:式中:放射性元素的平均重量含量;T——放射层的厚度;k——比例常数;I——钻井轴线上离某固定点的z距离上的γ场强度。此关系式已为理论和实验所证实。在实际工作中,把γ测井曲线所包的面积乘以比例常数,即得钻井内矿化带的品位-厚度积。用矿化带的厚度去除品位-厚度积,就求出了该排的平均品位。对于钻井中的非标准状态要进行修正,使所得的资料与标准状态一致。因为测井方法的取样范围要明显地大于岩心样品的体积,故它的结果比岩心化学分析的数据更有代表性。     

分配系数与渗透系数的相关性研究

通过模拟实验测得具有不同渗透系数的含水体系的分配系数值，再用统计的方法求得两者之间的统计关系式，并以此外推得到弱透水体系的分配系数值，从而探索了测定极弱透水岩层分配系数值的方法途径。     

层状边坡倾倒变形多级折断面分布深度计算模型

针对反倾层状岩质斜坡倾倒变形折断面空间展布缺乏定量判断的问题,以地质原型和变形机制分析为基础,考虑岩层自重、上覆岩层盖重、侧向压力、岩层间的摩擦力等作用,提出了岩板倾倒折断的独立悬臂梁模型和独立简支梁模型。采用板梁的最大拉应力破坏准则,推导出了倾倒变形各阶段岩层的临界折断深度公式。利用地质原型对推导的公式进行了验证,并通过离心试验获取了倾倒变形各阶段的坡形参数,对边坡各阶段折断深度进行了定量评价。研究表明：理论模型可计算倾倒变形层间剪切错动、弱倾倒破坏、强倾倒破坏等各阶段岩层的折断长度;岩层折断长度与岩层分布高程、拉应力、岩梁自身重度呈负相关,与岩层内摩擦角、岩层厚度、抗拉强度呈正相关;根据倾倒变形各阶段力学参数,计算倾倒体各级折断面分布位置,结果与地质原型和离心试验结果吻合。该研究成果对倾倒变形边坡稳定性评价具有一定的理论和实际意义。     

分形褶皱复杂性的流变因素研究

根据Ramberg的纵弯褶皱粘性力学实验,在褶皱形态的分形分析基础上,利用分形理论和褶皱的流变学理论导出了褶皱的分数维(D)与岩层厚度(h)和粘度(μ)间的关系式,并探讨了褶皱复杂性对褶皱分数维的影响,从中获得有关复杂褶皱的流变学信息。影响分形褶皱复杂程度的因素很多,主要因素包括岩层的厚度和粘度。因此,对褶皱的分形测量和岩层厚度及粘度的分析,可以定量分析分形褶皱形成的流变机理。这一研究是褶皱的非线性流变学理论研究的一个尝试。     

钻孔岩心倾角与岩层真倾角的关系及应用分析

长期以来,钻孔岩心倾角仅用于计算岩煤层真厚度。为了能由此导出岩层真倾角更广泛的使用,作者查阅了相关书籍,未发现对岩心倾角概念以及其和真倾角间关系详细论述。经过深入研究和实践验证,发现岩心倾角与岩层真倾角是不同的概念且一般不相等,两角之间是一种复杂的函数关系。经过理论分析和实践验证,得出了钻孔岩心倾角和岩层倾角之间的函数关系式,并进行了相关的讨论和说明,为隐伏地区的地质勘查提供了直接的倾角参数,从而提高了钻孔资料的分析利用程度,对于正确分析煤岩层赋存状态与地质构造、提高地质成果的质量等方面有重要作用。     

基于点荷载试验武当群片岩的风化分组及强度特性研究

针对中元古界武当山群（Pt2wd）片岩,开展大量的现场点荷载试验,基于概率统计的方法,确定全风化、强风化、中等风化（Pt2wd）片岩的点荷载强度（垂直岩层）的均值、方差以及分组区间。通过开展沿片岩不同层面方向的点荷载试验,分析平行岩层和垂直岩层点荷载强度的相关性,确定该种片岩的各向异性指数;结合室内单轴抗压强度的试验结果,给出适用于武当群片岩的点荷载强度IS与单轴抗压强度Rc的经验关系式     

探地雷达宽角反射图形拟合方法

探地雷达共中心点(CMP)法仅用于局部速度测试,为使用宽角反射法进行剖面探测,可固定一个雷达天线而将另一个天线沿测线移动,从而获取整个地质界面的反射信号。本文提出宽角反射剖面探测方法,基于平直岩层界面导出其反射信号的关系式,并开发出解释软件,可精确计算岩层几何参数和层速度,从而进行地质分层。     

现代曲流河点坝定量模式探讨

利用卫星照片测量了全球27个典型现代曲流河点坝的规模参数,对曲流河点坝的沉积特征参数进行了半定量到定量的研究,建立了曲流河点坝的长度、宽度与河流满岸宽度之间的定量关系式,并探讨了应用于曲流河相储层研究的思路.     

高分辨率中子俘获伽马能谱测井在煤田地质勘探中的应用

在煤田勘探钻孔中进行中子俘获伽马能谱测井(NCGS),能够获取煤岩层中多种元素的能量谱。从而计算出元素及其氧化物或矿物的含量。为原位测定煤质,定量研究岩层组分,以及在钻孔中综合评价多种矿产,提供了一种新手段。     

球体冲击器用于回转冲击钻进的工艺研究

在大量遇到的中硬岩层中采用硬质合金钻头 球体冲击器实现回转冲击钻进可明显提高机械钻速和取心效果,并防止孔斜,具有很好的推广前景.借助数理统计方法建立了球体冲击器冲击频率与风压、风量之间高度显著的相关关系式,可用于冲击频率及其它工艺参数的预测与控制.     

泥质气源岩层内天然气扩散损失量评价——以黔南坳陷黄页1井九门冲组页岩为例

根据天然气扩散、物质平衡原理、烃浓度封闭机理和气源岩层之间扩散时间的相互匹配关系建立了评价泥质气源岩层内天然气扩散损失量的6种扩散模式以及不同模式下气源岩层天然气扩散损失量的计算方法,为定量评价部分烃浓度封闭期间气源岩层天然气扩散量、页岩气扩散量提供了可能。源岩层在受到部分烃浓度封闭期间的天然气扩散量,假设此期间不存在烃浓度封闭,则为源岩层的扩散气量与该期间上覆气源岩的扩散气量之差。利用所得模型对黔南坳陷黄页1井九门冲组页岩进行了实际应用,结果显示,黄页1井九门冲组页岩不考虑烃浓度封闭条件下的扩散气量远大于考虑烃浓度封闭条件下的扩散气量。在评价泥质气源岩层扩散量时如果存在烃浓度封闭作用,应加以考虑。     

圆柱绕流无沙区试验研究

试验发现推移质泥沙随水流绕过圆柱体时,将在圆柱周围的床面上形成一个无沙区。根据动能定律建立了圆柱绕流无沙区的定量关系式。分析该定量关系式可知,无沙区的范围随圆柱直径的增大而增大;当泥沙粒径减小时,无沙区的范围将增大;水流条件的变化直接影响泥沙颗粒的运动情况,同无沙区的形成、消失及范围大小有密切的关系。理论分析结果同试验现象是一致的。     

MT—1型煤岩层通讯机的性能设计及通讯距离

借助均匀导电全空间中垂直偶极产生的电场表达式,导出通讯性能参数与通讯距离的关系式,再依据使用要求(如额定穿透距离、轻便、本安防爆等),以关系式为基础选定和估算出MT-1的各项技术指标。对实际的层状地层,当电磁波顺(煤、岩)层传播时,由于波导效应,通讯距离会比设计值大;当垂直岩层通讯时,采用能延长的水平偶极距收发和低阻发射抽头增强发射电流可增加通讯距离。这一点在工业性试验中得到了证实。      

秩和聚类法在测井曲线分层中的应用

在地球物理测井曲线上,根据某种物性参数沿井轴方向上的变化,合理并准确地划分有较大差异的岩层界面,是测井曲线地质解释的基础。只有在确定了岩层界面特征点后,进一步的定性和定量解释工作才能顺利进行。目前,在众多的测井曲线自动分层技术中,方差分层法占有重要的地位。      

球体冲击器及其在回转冲击钻进中的应用研究

提出了在大量遇到的中软-中硬岩层中采用硬质含金回转冲击钻进的问题,在论述球体冲击器结构及工作原理的基础上,介绍了室内外回转冲击钻进试验使机械钻速明显提高的效果,借助数理统计方法建立了球体冲击器冲击频率与风压、风量之间高度显著的相关关系式,可用于冲击频率及其它重要工艺参数的预测与控制.全文表明球体冲击器具有很好的推广前景.     

利用测井技术评价松辽盆地南部油页岩

为了利用松辽盆地南部已有钻井的测井资料评价油页岩,分析了松辽盆地南部嫩二段油页岩的测井响应特征,充分利用测井资料连续性的优势,采用5口井93块油页岩岩心的有机碳、含油率化验分析数据和测井响应特征,建立嫩二段油页岩的有机碳含量与含油率之间定量关系式T^a=0.548 6TOC+0.18和△logR、自然伽玛与有机碳含量之间的定量关系式TOC=6.262 8×△logR+1.05,进而建立利用测井资料定量评价油页岩含油率模型T^a=0.546 8a×△logR＋0.548 6×△TOC＋0.18。通过模型计算出的油页岩段的含油率与油页岩实测含油率数据基本一致,而且计算出的含油率值连续。     

基于量纲分析的岩石相似材料抗压强度计算模型

物理相似模型试验是复杂、难采矿技术研究的有效手段,而岩石相似材料物理力学特性的研究是试验有效进行的前提。根据相似原理和岩石的力学特性,论证了岩石相似材料单轴抗压强度的力学代表性。统计并分析了影响岩石相似材料单轴抗压强度的一系列因素,基于量纲分析的方法构建了岩石相似材料单轴抗压强度与砂粒径、配比材料总量、充填材料（砂）用量、水用量、养护方式等重要因素间的无量纲计算模型,结合岩石相似材料配比试验得到了定量关系式。选取3组具有代表性的岩石相似材料配比试验对所建立的单轴抗压强度计算关系式进行验证,其计算结果与实验室实测结果相吻合,平均误差为4.20%,定量关系式在岩石相似材料参数的研究上具有一定的合理性。研究结果可以为相似材料物理力学参数的预测及岩土工程物理模型试验相似材料的高效选取提供参考。