牙轮钻头牙齿破岩机理研究进展

井眼形成是通过钻头牙齿破碎岩石形成岩屑来实现的,对钻头牙齿侵入破岩机理的认识有助于优化钻头结构,提高工
具破岩效率。阐述了钻头牙齿与岩石相互作用机理的复杂性,分别从弹性力学、裂纹扩展、数值模拟等几个方面,综述了钻头牙齿
与岩石相互作用机理的研究进展,指出了今后的研究重点。虽然前人开展了众多的物理实验与数值模拟研究,但是由于钻头牙齿
破岩过程及井底环境的复杂性,目前为止其机理并没有被完全认识清楚。理论与实验研究证明,井底压力是影响机械钻速的重要
因素之一,针对钻头牙齿与岩石相互作用机理的复杂性,建议采用先进实验和数值模拟技术,将物理实验和数值模拟结合开展研
究,揭示井底复杂应力环境下钻头牙齿的破岩机理将成为未来的研究重点。      

基于单齿侵入理论的牙轮钻头钻速方程

考虑井底水平地应力、钻井流体压力及地层孔隙压力,基于单齿侵入理论推导单齿侵入井底岩石的侵深公式,建立纯滚动锥形齿、楔形齿和滚动、剪切复合运动锥形齿等牙轮钻头的钻速方程.通过实验分析刃尖角、井底液柱压力对单齿侵入深度的影响,以及转速、轴向载荷对微钻头、牙轮钻头机械钻速的影响.结果表明:随着牙齿刃尖角的增大,锥形齿和楔形齿的侵深呈指数递减趋势;随着井底液柱压力的增大,牙齿侵入深度呈指数递减趋势,其中锥形齿降低速率大.在软到中硬地层中,牙齿侵入深度大,冲击侵入、回转剪切复合破岩方式的破岩效率高;在硬度地层中,牙齿侵入深度小,纯滚动冲击侵入破岩效率高.为分析实钻时牙轮钻头的机械钻速提供计算方法.     

基于岩石可钻性分级的月壤可钻性初探

在分析“Apollo”和“Luna”月表实钻进取心对象的基础上,依据相关的概率分析结果,得出在月表钻进遇见岩石的几率
≤5%,月表钻进对象是月壤的可能性为95%;分析了月壤的物理力学特性,确定月壤的内摩擦角和内聚力是影响月壤可钻性的主
要特性参数,基于岩石可钻性模型建立了以内摩擦角和内聚力为主要参数的月壤可钻性的初步模型;对“Luna”与“Apollo”的月表
钻探取心在钻进方法、钻头材料、钻进深度和钻进速度等方面进行了分析比较,参考岩石可钻性分级指标,得到了月壤可钻性的初
步评价结果。      

青海东昆仑重点成矿带岩石钻进特性及金刚石钻头使用效果分析

为了解决青海东昆仑重点成矿带金刚石钻进中钻头使用寿命较短的问题,对该区域典型岩石的研磨性、可钻性进行了测试分析,并对影响钻头寿命的因素进行了现场调研。测试结果表明:岩石的研磨性主要在5~6级,可钻性为7~8级。回归统计分析表明,影响钻头寿命的显著因素是钻孔深度和钻头回转速度:钻孔越深,转速越高,钻头寿命越短;认为这是由于地层漏失,导致环空粗颗粒岩屑不断累积,造成钻头重复破碎岩屑、拉槽和微烧,从而降低了钻头的寿命。      

Hoek-Brown准则在岩石强度各向异性评价中的应用

完整岩石强度随非连续界面角度发生变化而变化,因此具有各向异性。修正的Hoek-Brown准则可以对岩石的强度各向异性特征进行合理预测。通过对沉积岩及变质岩两大岩类、共23组岩样单、三轴测试结果进行分析,获取相应强度各向异性参数K_β及R_c,结果表明:岩石各向异性强弱与原岩类型、压实和胶结等沉积成岩作用、微裂隙发育程度及变质作用等因素有关。对于结构完整的沉积岩石,煤岩的各向异性最强,其次为页岩,而砂岩、泥岩和灰岩的各向异性相对较低。变质岩中板理发育的板岩各向异性最强,片麻岩次之,片岩和大理岩的各向异性相对较低。K_min与R_c间满足幂指数关系,K₉₀/K_min与R_c间满足线性关系,建立了各向异性岩石K_min分类标准。最后利用Londe转换和σ_cβ预测效果验证了修正的Hoek-Brown准则方程具有较高预测精度,结果可靠,从而为岩石强度各向异性更深入研究提供参考和依据。      

网格服务模型元数据的组织管理与应用研究

随着各种网格服务的积累和版本升级,知识网格平台中知识发现算法和辅助决策模拟模型日益增多,如何快速发现和定位满足用户需求的网格服务,是制约平台服务质量的重要因素。对网格服务模型进行有效描述,并最终形成统一的网格服务模型元数据标准,是推进网格服务模型广泛共享的有效手段。因此,在对建立网格服务模型元数据标准的必要性进行简要分析之后,文章给出了网格环境中服务模型元数据的基本框架和内容,采用二级元数据模型对包括标识信息、权限信息、运行条件、参数信息、分类信息、内容信息、参考信息等7个方面的模型元数据进行定义与说明;随后采用可扩展标记语言(XML)作为描述语法对网格服务模型元数据进行组织和管理,并对基于B/S结构的网格服务模型元数据管理模块设计与实现进行介绍。最后,将网格服务模型元数据管理模块紧密集成到研究小组现有的地理知识网格服务平台GeoKS-G rid中,实现网格服务模型的规范化管理,并对网格服务模型元数据的网格工作流制定、执行和调度,进行了初步的研究与探讨。     

有限元建模与实测应变分析——以九江地震台为例北大核心CSCD

为研究区域地质构造的地壳应变状态,利用数字高程模型(DEM)数据构建数字化三维地形模型,再添加区域地质岩石属性建立有限元三维地质模型,并施加重力和热荷载,进行有限元与实测应变分析。以九江地震台为例,利用有限元模型及台站实测温度和应变数据,展开区域应变分析。结果表明,有限元建模应变解算结果与实测应变结果较符,均值量级皆为10^(-5),都呈明显的季节性周期变化趋势;模型热应变和定向应变分别能较好地反映温度造成的应变差异和不同方向的应变变化;模型应变能在一定程度上反映区域应变的变化范围和量级大小,有益于缺乏实测应变条件的区域开展应变分析。     

配钢管高强混凝土芯柱的异强组合短柱轴压性能

以套箍指标、钢管内外混凝土强度等级、钢管外围混凝土配箍率、组合柱纵筋总配筋率和组合柱截面含钢管混凝土率为主要参数,设计36根配钢管高强混凝土芯柱的异强组合短柱(SGCC)构件;借助ABAQUS有限元软件,选取合理的材料非线性本构模型及网格尺寸,建立18根试验试件的有限元模型并分析轴压性能,比较有限元数值解与试验数据;提取36根组合短柱应力—变形云图和轴力—应变全过程曲线,考察轴压承载力、弹性阶段刚度和延性等参数的变化规律;根据有限元数值解,引入轴压承载力折减因数,基于叠合原理建立SGCC轴压承载力简化计算公式。结果表明:SGCC钢管高强混凝土套箍指标、钢管外围混凝土配箍率和组合柱截面含钢管混凝土率对组合柱轴压承载力和延性影响显著。该结果为SGCC框架体系的工程应用提供指导。     

城市CORS坐标时间序列噪声模型建立与分析

以GAMIT/GLOBK处理得到高精度常州CZCORS坐标时间序列,用奇异谱分析方法对其进行空间滤波,使用最大似然估计方法对剔除共性误差的坐标时间序列进行噪声特征分析,得出最优白噪声模型为“WH”,N、U分量最优有色噪声模型为“WH+FN”,E分量最优有色噪声模型为“WH+FN+RWN”。根据最优有色噪声模型估计出的CZCORS站速度场表现为东南方向整体运动的趋势,其整体位移变化值及运动方向与周围IGS站基本一致。     

广西岩石可钻性分级研究初探

岩石可钻性的合理分级,是正确选择钻进方法、技术参数、钻头类型和制定合理的生产与物化定额、专核钻探生产技术与经济指标的科学依据。利用与岩石可钻性密切相关的物理力学性质—压入、摆球硬度、研磨性、塑性系统与声学特性为自变量,以微钻钻速为因变量,在计算机上进行一元和多元回归分析,建立其数学模型,以此将不同岩石划分为12级。这种方法具有较强的模拟性、代表性和较大的适用范围。     

青海祁漫塔格小圆山铁多金属矿区英云闪长岩LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb测年及其地质意义

东昆仑祁漫塔格地区是青海省重要的矽卡岩型铁多金属成矿带,小圆山矽卡岩型铁多金属矿位于青海祁漫塔格东段。利用LA MC ICP MS锆石U Pb定年技术,获得小圆山铁多金属矿区与成矿关系密切的英云闪长岩加权平均年龄为(217.7±1.1)Ma(n=36,MSWD=2.5),厘定其形成时代为晚三叠世,属印支晚期。岩石地球化学研究表明,英云闪长岩为准铝质高钾钙碱性系列岩石。岩石明显富集大离子亲石元素(Rb、K)、LREE和活泼的不相容元素(如U、Th),相对亏损高场强元素(如Nb、Ta、P、Zr、Ti),显示了轻稀土元素强烈富集的右倾式稀土元素配分型式,具有弱的负Eu异常。青海祁漫塔格地区已有的年代学资料和区域地质构造演化特征综合表明,小圆山英云闪长岩可能形成于后碰撞构造阶段,为区域东昆仑造山带晚古生代-早中生代构造旋回的产物。      

聚合粗粒金刚石的应用

针对热压金刚石钻头在钻进中尚存在钻进时效不高、适应性不广的弱点,进行了聚合粗粒金刚石钻头的应用研究,从聚
合粗粒金刚石的聚合方法与工艺,到聚合粗粒金刚石破碎岩石的特点,进行了较深入的分析。研制的聚合粗粒金刚石钻头,在室
内进行了钻进试验,钻进Ⅸ级中-细粒致密花岗岩能获得2.59m/h的时效,和普通金刚石钻头相比钻进效率提高了24%,表明聚
合粗粒金刚石可以弥补普通金刚石钻头对岩层适应性较低的弱点,具有研究价值和应用前景。      

全六面体有限元网格数据结构及其API技术

针对全六面体有限元网格的特点 ,提出了其数据结构的基本要求。在此基础上 ,采用双向链表的数据结构 ,分析了网格要素总的逻辑关系和引用关系 ,形成了清晰的网格要素关系图。运用C ++,以DLL的形式 ,开发了一套相容的、一致的API系统。实例表明 :该网格数据结构及其API技术的研究与应用为实现实体全六面体有限元网格生成算法起到事半功倍的效果。     

基于岩石图像深度学习的多尺度岩性识别

岩性识别作为人工智能和大数据在地质工程细分领域的实践应用方向, 可以为相关人员野外地质工作提供有效助力。为了更好地促进岩性识别在专业领域的应用, 通过对巢湖北部山区的岩石图像采集、数据预处理、迁移学习、网络搭建、网络训练及模型测试等步骤, 实现了基于岩石图像的大数据深度学习识别; 并在归纳总结前人工作的基础上, 提出了多尺度岩性识别方法。根据岩石细观图像建立多尺度模型并赋予一定权重, 与岩石识别模型共同识别得到综合结果, 对岩石岩性整体识别的同时兼顾局部纹理、粒径等细观信息。研究结果表明, 本模型对岩石识别的适用性强, 多尺度方法对于提高识别结果的正确率具有一定的帮助, 模型的测试正确率达到95%以上, 能很好地识别岩石岩性。      

全六面体有限元网格数据结构及其API技术

针对全六面体有限元网格的特点，提出了其数据结构的基本要求。在此基础上，采用双向链表的数据结构，分析了网格要素总的逻辑关系和引用关系，形成了清晰的网格要素关系图。运用C ，以DLL的形式，开发了一套相容的、一致的API系统。实例表明：该网格数据结构及其API技术的研究与应用为实现实体全六面体有限元网格生成算法起到事半功倍的效果。     

基于测井解释的碎屑岩储层成岩作用定量表征:以Q油田下干柴沟组下段为例

针对Q油田下干柴沟组下段的储层物性和含油性在横向上差异较大的特点，采用钻井取心、岩石薄片等资料对工区储层成岩作用类型及特征进行了定性分析，研究认为工区目的层储层物性横向变化主要由胶结作用和溶解作用共同控制。在此基础上，根据胶结作用、溶解作用的测井响应特征，选取经归一化处理后的GR、SP测井曲线，建立了成岩作用强度定量表征模型，并将各种成岩作用对储层物性综合效应定义为成岩系数。依据成岩系数的大小，将研究区目的层段储层划分为强胶结弱溶解相、中等胶结弱溶解相、中等溶解弱胶结相和强溶解弱胶结相4种类型，定量识别了研究区优质储层，确定了目的层优质储层的平面分布。最后，分析了储层产能和成岩系数之间的关系，验证了该定量表征模型的有效性和实用性。      

不同网格加密方法在河流回补地下水模拟中的对比

河流回补地下水是线状回补过程,河道附近地下水位高精度模拟是回补效果准确评估的关键。基于非结构化网格加密方法,设定4种不同的网格剖分方案(两种结构化网格和两种局部加密的非结构化网格),在不同边界条件下对河流回补地下水过程进行模拟。通过对末流场、距离河道不同范围回补前后水位变差、地下水均衡和模型运行效率的对比分析,阐明线状回补模拟中不同网格加密方法的优劣。结果表明:与粗结构网格模型相比,两种局部加密的非结构化网格模型以及细结构网格模型的模拟精度高,能更准确刻画因河道回补导致的地下水位变化;两种局部加密的非结构化网格模型比细结构网格模型运行时间短,在没有大幅降低模拟精度的条件下,运行效率更高;四叉树网格模型相对于嵌套网格模型具有长期模拟的优势,在河流回补期末,模拟精度要稍高于嵌套网格模型;同时,四叉树网格模型具有多级加密的优势,加密级次越多,剖分的网格数量相对越少,运行时间相对更短。综上所述,四叉树网格加密方法既保证了模拟精度,又一定程度上提高了模型运行效率,是值得推广的一种局部网格加密方法。     

基于孔隙曲折度与等效岩石元素理论的致密砂砾岩导电模型

徐家围子地区深层致密砂砾岩储层岩性成分复杂、储层物性差、分选性差、非均质性强、孔隙结构复杂,给求取储层饱和度参数带来困难.为求取致密砂砾岩储层的含气饱和度,建立孔隙结构复杂的致密砂砾岩储层的导电模型.利用等效岩石元素理论,描述岩石孔隙中孔腔和吼道比对岩石导电性的影响,并引入孔隙曲折度阐述岩石孔隙弯曲程度对岩石导电性的影响;利用串并联导电理论,建立研究区基于孔隙曲折度与等效岩石元素理论的致密砂砾岩储层导电模型.利用徐家围子地区深层致密砂砾岩储层岩电实验数据分析模型精度.结果表明:该模型计算的岩样电阻率值与实验测量值平均相对误差为6.2%,表明该模型能够较好地描述致密砂砾岩储层的导电规律.利用建立的模型及确定的模型参数值对研究区2口试油井进行实际资料处理,2口井含气饱和度大于60%,表明该模型适用于徐家围子地区深层致密砂砾岩储层评价.     

粤北扶溪岩体成因及时代:来自矿物化学、岩石地球化学及LA ICP MS锆石U Pb年龄证据

分析了粤北扶溪地区花岗闪长岩角闪石、黑云母矿物化学组成,全岩岩石地球化学及LA ICP MS锆石U Pb年龄。结果显示,花岗闪长岩中角闪石属镁角闪石,黑云母属镁质黑云母。岩石硅含量较高,w(SiO₂)为63.86%~66.19%;富碱,w(K₂O)为4.07%~4.71%,w(Na₂O)在2.42%~2.76%;铝质量分数中等,w(Al₂O₃)为14.27%~15.02%。稀土元素总量w(ΣREE)为183.22×10-6~283.31×10-6,稀土元素配分模式右倾,中等强度负Eu异常(0.62~0.80),富集Rb、K、Th、Sr、Pb、Nd等大离子亲石元素,亏损Th、U、Zr、Hf、Nb、Ta、Ti等高场强元素。LA-ICP-MS锆石U Pb年龄为(440.7±3.3) Ma(MSWD=2.4,n=18)。上述分析结果表明花岗闪长岩为I型花岗岩,是早志留世岩浆活动产物,岩浆主要来源于地壳物质的部分熔融,在温度777~802℃、压力316~442 MPa和氧逸度约lgf(O2)=-14条件下侵位结晶。      

冻融循环作用下砂岩单轴压缩破坏断口特征分形研究

寒区岩石的力学特征往往受到冻融循环和荷载的共同影响,冻融岩石单轴压缩破坏断口蕴含着与冻融循环和荷载有关的损伤演化信息,冻融岩石单轴压缩破坏断口研究对冻融岩石断裂破坏机理分析有重要价值。为研究冻融岩石单轴压缩破坏断口形貌特征及其与宏观力学参数之间的关联性,通过摄影观测经历不同次数冻融循环的砂岩单轴压缩破坏断口形貌,采用像素点覆盖法计算断口分维值,探究了断口分维值与宏观力学参数之间的关系。结果表明:随着冻融次数的增加,冻融砂岩的力学性能劣化,单轴抗压强度、弹性模量、断口分维值、耗散能密度逐渐减小,峰值应变增大;单轴抗压强度、弹性模量、耗散能密度均与断口分维值之间存在指数关系,断口分维值越大,对应的单轴抗压强度、弹性模量、耗散能密度越大。冻融岩石单轴压缩破坏断口分维值可作为寒区岩体断裂破坏机理分析的有效参数。