利用环空压力测试数据评价高温高压气井固井水泥环的密封完整性

目前,高温高压气井在生产期间环空异常带压现象频发,气井环空异常带压表明井内出现窜漏,其完整性受到削弱,将影响气井安全生产。气井环空异常带压的根本原因是井屏障部件受损。通过对异常环空压力进行现场诊断测试,根据测试数据评估各个环空的窜漏程度,为环空异常带压潜在风险控制措施的制定提供指导。首先,分析了气井环空带压的5种模式,并基于气液多相流和达西渗流理论,建立了水泥返至井口和未返至井口2种环空介质条件下气体渗流数学模型。结合实例井不同环空压力诊断测试数据,评估了固井水泥环的密封完整性。该方法可通过反向拟合现场实测压力数据,预测各环空压力的变化趋势,并评估固井水泥环的整体泄漏程度,可用于指导固井工程设计及现场作业。     

深层含水层地下储热技术的发展现状与展望

深层含水层储热是一种利用深度>500 m的深层含水层作为储热介质的储热技术,储热对象通常为50~150 ℃的热水。它通过地下水井从深层含水层中抽取和灌入地下水,实现热能储存和回收。深层含水层储热技术是弥补能源供需时空分布的不平衡,综合利用多种可再生能源,实现节能减排的有效途径,是国内外研究的前沿和热点。文中首先阐述了深层含水层储热系统在世界范围内的历史发展,归纳储热系统的热工性能,在总结前人研究工作的基础上分析影响其热回收效率的关键参数,并对各个参数对热回收效率的敏感性做了综述。在此基础上,本文还讨论了限制深层含水层储热系统发展的技术瓶颈,并针对系统的经济效益和市场潜力做了预测和展望。     

茅庄煤矿水淹区残余煤开采技术应用

厚煤层水淹区残余煤量的回收一直是衰老矿井所面临的一个重要课题,残余煤复采安全技术研究对资源枯竭的老矿井有着再生的作用并能够带来可观经济效益及社会效益。该文对水淹区残余煤量的复采方法进行了详细的研究,根据老空水的贮存及残余煤量的赋存状况,提出了一系列的方法和措施。通过合理疏放老空水、优化巷道布置和开采工艺设计,对原已搁弃的呆滞煤量进行了充分的回收,为类似条件下残余煤的回收提供了宝贵的意见。     

转轮式全热交换器的节能特性及无交叉污染化研究

由于全热交换器可以同时回收空调回风空气所含有显热和潜热，作为热回收设备被广泛应用于楼宇空调新风换气系统。本文结合实例对转轮式全热交换器的节能特性及经济效益进行了分析。并在剖析了现行全热交换器发生交叉污染之机理的基础上，对转轮式全热交换器无交叉污染化进行了实验研究。     

单临空面岩体中爆破诱发损伤的数值分析

岩石的抗压强度远大于其抗拉强度,所以在单临空面岩体爆破中,工程技术人员关注的不仅是炮孔附近的塑性压剪损伤,更多的是临空面附近的拉裂损伤,临空面若是地表,可能会影响到施工的安全,甚至造成一定的经济损失。以往这类损伤问题的数值模拟中大多只偏向于一方面：或忽略压剪损伤,或不考虑拉裂损伤,故所得出的结论难以满足工程需要。基于合理的应力修正方式,把现有的岩石拉-压损伤本构以简明的方式嵌入到大型LS-DYNA软件中,对单临空面岩体中的柱形和球形药包爆破问题进行了数值模拟,计算结果表明该法能较好地预测岩体中爆破诱发的拉裂、压缩损伤的分布规律和演化趋势。     

上海地源热泵系统对地质环境的热影响分析

根据地源热泵工程试验场两年监测数据,分析了地下换热区地温场分布特征以及地源热泵系统短期运行对地质环境的热影响效应。换热区地温场分布主要受气温、建筑冷热负荷、原始地温、岩土导热系数、与换热孔距离等因素影响。在吸排热比基本平衡的条件下,地源热泵系统对地质环境的热影响较小。选择合理的埋管间距,充分利用地源热泵的热回收功能,采用冷却塔—地埋管、地表水—地埋管等复合系统,有助于消除吸排热比不平衡现象。     

沿空掘巷应力动态变化规律研究

针对沿空掘巷应力动态变化问题,以张双楼煤矿沿空掘巷为例,采用钻屑法得出走向方向煤层应力动态变化特征,并对变化特征进行分析。根据实测和分析得出,受到岩性、地质构造和顶板呈现的“O-X”破断影响,采空侧煤体应力峰值呈现周期性出现,周期距离等于周期来压步距;受到采空侧围岩应力状态、巷道掘进引起的应力重新分布和覆岩运动的共同作用,沿空巷道实体煤中应力变化不一,或降低或增高或转移。沿空掘巷的应力变化特征对于防冲卸压计划安排和冲击矿压防治工作具有重要指导意义。     

沿空留巷综合支护技术研究

用沿空留巷技术保留的巷道要经历掘进和两次强烈的采动影响,对所需留巷的巷道,应该从掘进期间的支护设计与施工到留巷期间的巷旁支护方式选择,及下个工作面回采期间的加强支护均应统筹考虑,这样才能保证沿空留巷技术的成功实施,故沿空留巷技术是一项系统工程。据此,在淮北岱河矿Ⅲ3215工作面机巷进行了沿空留巷实践,巷内采用了锚网索支护,巷旁采用了工字钢密集支柱及矸石（碎煤）带联合支护,并在矿压观测的基础上,得出了所留巷道矿压显现规律,工业试验和应用实践表明,取得了良好的技术、经济效果。     

火山岩地区金矿的蚀变分带和成矿物理化学条件──成矿热流体与控矿环境相互作用过程的四维记录

本文主要讨论火山岩、次火山岩和相应侵入岩地区各类金矿的蚀变分带和形成条件，作者把成矿系统分为成矿热流体体系和控矿环境两个组成部分。热流体体系分成近地表和高侵位的两种类型，控矿系统分为火山中心控矿系统、高侵位岩体控矿系统和有区域性断裂系统复合的上述控矿系统。与近地表岩浆热流体体系有关的浅成热液金矿可分为低硫、高硫和富碲３个类型，与高侵位岩浆热流体体系有关的有斑岩型和浅成侵入体型。全面分析了与两种热流体体系有关的各类金矿产出的的地质环境、蚀变矿物组合的时、空分布，及其形成的地质和物理化学条件。提出了成矿热流体体系与控矿环境相互作用和进行物质能量交换过程的四维记录的新观点。     

泥岩核废料处置库温度-渗流-应力耦合参数敏感性分析

针对比利时HADES地下实验室PRACLAY现场加热试验,应用温度-渗流-应力耦合弹塑性模型,模拟现场加热过程中泥岩核废料处置库的水力学响应特征。采用单因素分析法,就泥岩热、水、力学参数对核废料处置库围岩孔压、温度、有效应力的影响进行了三维有限元分析。并基于参数敏感性分析结果,就温度、渗流、应力三场两两耦合作用对处置库围岩水力学响应的影响程度进行了系统分析。研究结果表明：泥岩热、水、力学参数中,渗透系数、弹性模量以及导热系数对加温所导致的超孔压的值影响较大;凝聚力、内摩擦角以及热膨胀系数对孔压的影响较小,但会显著影响围岩的有效应力;导热系数对围岩温度场的分布有决定性影响,温度传递的差异会显著影响围岩的孔压和有效应力;不同的热、水、力学参数对孔压、温度以及有效应力的影响机制是不同的,温度、渗流、应力三场两两耦合作用对围岩水力学响应的影响程度也存在显著的差异性。温度场对应力场、温度场对渗流场的耦合效应十分显著,加热后,围岩超孔压的产生以及热膨胀导致的有效应力变化会显著影响处置库的稳定。该研究结果在一定程度上可以为核废料处置库泥岩的热、水、力学参数的确定及耦合机制分析提供科学依据。     

压性构造面与汞矿化

本文讨论压性构造面与岩层的不同关系。由于压性构造面与岩层的关系不同,而导致了构造面的充填性不同。压性构造面上的运动一般要产生热摩擦作用,有的有充填物或充填液加入,而改变了这个热摩擦作用。它对控制汞的成矿活动及后期改造,常有直接的关系。     

渗透率对干热岩开采过程储层变化规律的影响

热储层由基质系统和裂隙系统共同构成,二者热量传递的方式存在很大区别。仅考虑基质渗透率或裂隙渗透率,与实际采热过程并不相符。只有明确基质-裂隙双重渗透率下热储层的变化规律,才能更为合理、有效地开发地热资源。因此以青海共和盆地地热田GR1井为研究对象,基于热流固耦合理论,运用COMSOL数值模拟软件,建立双重孔隙介质渗透率水流传热模型。通过考虑不同基质渗透率(0,1×10-18,1×10-16m2)、裂隙渗透率(5×10-11,1×10-10,2×10-10m2),得到了储层温度场、应变场、应力场、位移场变化规律。研究发现:（1）仅考虑裂隙渗透率,会高估储层的开采寿命和产出温度;会低估采热过程中储层产生的压应变和沉降量,表明基质渗透率不能忽略。（2）最优裂隙渗透率为1×10-10m2,此时最适宜进行热开采;裂隙渗透率为2×10-10m2,储层寿命低于50 a。（3）采热初期,相比裂隙渗透率5×10-11m2时的最大压应变,裂隙渗透率为2×10-10m2时最大压应变提高了2. 74倍;采热40 a,相比裂隙渗透率为5×10-11m2,裂隙渗透率为2×10-10m2时,储层沉降量增加0. 164 05 m,沉降区域扩大3倍左右。所得结论对青海共和盆地干热岩开采过程中渗透率与储层变化规律的研究提供了一定参考。     

鲁甸、景谷、康定地震预测的原理、方法及其意义

继中长期预测了芦山地震之后,笔者中期预测了鲁甸、景谷和康定地震。例如,鲁甸地震的预测震级为7级左右或6.5级以上(实为里氏6.5级),地点为北纬26°~29°、东经101.5°~105°(实际震中北纬27.1°,东经103.3°),发震时间可能是2014年5月至2015年5月(实际为2014年8月3日)。本文总结了鲁甸、景谷、康定地震和陆内地震热流体物理综合预测的原理、方法和步骤;阐明了在开放复杂地球系统多级物质循环热构造背景下,大陆地壳非均匀流动("热河")过程中热能的源、汇、释过程与热灾害链及其地震之间的关系;提出了根据热灾害链时空结构和活动"热河"地震空区相结合进行长期和中期地震预测,与根据热流体直接和间接前兆异常开展立体监测和短临地震预测有机结合的新思路。根据当前热灾害链的演变规律和异动"热河"地震空区分布,进一步分析了西南和华北地震的发展形势,强调华北(特别是东北)的震情极为严峻,短临地震监测和预测已刻不容缓。     

电解回收离子交换法分离稀土排出液的Cu和EDTA

首次提出了应用电解技术回收由高温同压离子交换法分离出的稀土排出液中的Ｃｕ和ＥＤＴＡ。研究了电压、电解液流量、阳极液浓度等条件对电解效率的影响及Ｐ至电解尾液回收ＥＤＴＡ的影响。确定了最佳工艺条件。实践证明,本方法具有回民效率高,ＥＤＴＡ回收品质好,操作简单,成本低廉,污染小的特点。适用于离子交换法分离稀土的生产。     

受载含瓦斯原煤解吸规律实验研究

依托自行研发的含瓦斯煤热–流–固–力耦合吸附/解吸实验系统,测定了不同围压和孔隙压力组合条件下,煤样加载破坏过程中不同加载阶段的瓦斯解吸量,并对实验数据进行了拟合,分析了轴压、围压和孔隙压力对含瓦斯原煤解吸规律的影响。结果表明:在煤样整个加载破坏过程中,受载原煤瓦斯解吸量呈现先减小后增加的“V”型变化趋势,且最小出现在屈服强度阶段,最大出现在脆性破坏阶段;受载原煤瓦斯解吸量随围压的增大而减小,随吸附平衡压力的增大而增大。      

考虑热渗效应的高温管道-饱和地基相互作用研究

高温管道运输是海洋油气输送最常采用的方式之一,其中高温管道-地基相互作用机制是热屈曲可控设计的关键。管道温度变化不仅引起周围海床地基强烈的热水力耦合作用,还诱发孔隙水在温度梯度下发生迁移,表现出显著的热渗效应。基于OpenGeoSys有限元分析平台对高温管道与考虑热渗效应的饱和地基相互作用问题进行研究。基于质量方程和能量方程,推导了热渗效应影响因子理论表达式并提出了临界影响因子,界定了常见土-水参数下热渗系数临界值;通过OpenGeoSys分析平台二次开发嵌入热渗效应,建立了高温管道-饱和土相互作用模型,能够考虑管-土间的水热耦合作用和土体的热渗效应。通过与解析理论对比验证了所建模型的有效性,随后基于热渗影响因子和数值分析,探讨了热渗效应对管-土相互作用的影响程度,并详细分析了不同输油温度、不同初始埋深管道在运行期管周海床孔压和竖向位移的发展。结果表明:土体临界热渗系数为4.3×10~(-12)m~2/(s·K),为实际工程中是否考虑热渗效应提供了评估依据;热渗效应对土体孔压峰值影响甚微但会引起显著的稳态负孔压,提出的热渗效应影响因子确定了该负孔压幅值与峰值的比例关系;管道运行中温度往往诱发土体弱化和负孔压对管道稳定产生不利影响,并随输油温度、3 D埋深内的增加而加强(D为管道直径),3 D以上埋深热渗效应的影响差异不显著。     

大定源回线TEM地空系统全域视电阻率定义

介绍了一种快速有效的瞬变电磁地空系统全域视电阻率定义方法。利用磁场垂直分量与水平分量的时间域响应定义地空系统全域视电阻率,实现全空间、全时域视电阻率定义。通过深入分析均匀半空间中地空系统的电磁场表达式,发现地空系统的时间域磁场响应可以用与地面类似的多项式表示,利用视电阻率平移算法,实现全域视电阻率定义。理论模型计算表明,该算法无需迭代,速度快且精度高。最后,对比分析了磁场强度法与感应电动势法定义视电阻率对于异常体的分辨能力。     

ZMK5550TZJF50/120型救援车载钻机钻压自适应电液系统研究

车载钻机机动性强、工艺适应范围广,是救援钻孔施工的理想机型,传统的车载钻机均采用液控、液驱的方式,存在控制参数显示不直观、管线较多、难以实现闭环控制等难题,钻遇复杂地层时,司钻人员的反应速度往往难以适应工况的变化,不利于钻孔安全。为满足救援钻孔施工安全、自动化程度高的需求,ZMK5550TZJF50/120型救援车载钻机采用电控、液驱的方式。根据回转和给进两大主要执行机构的负载特性,设计具有无级调速和防吸空特性的回转驱动系统、具有防坠落功能的给进驱动回路;根据系统的控制、监控和驱动要求,设计集中操控和显示的救援钻机电控系统,实现分布式总线协议部署以及具有优先级的闭环散热调节;选取对钻压控制有影响的7个参数,采用BP神经网络技术对历史数据进行了训练、验证和测试,获取钻进参数与钻压控制的连接权值矩阵,实现对钻压的自适应控制(Weight on Bit,WOB)。该钻机在宁夏梅花井现场工业性试验中完成了预定的钻孔工作,电液系统运行稳定,温度控制系统可保证液压系统油温保持在40~60℃区间,柴油机冷却液温度保持在70~90℃区间,验证了温度闭环自适应控制系统的工作效果。ZMK5550TZJF50/120型救援车载钻机初步建立了钻压自适应控制模式,但由于地层的多样性和复杂性,还需要不断丰富样本数量、提高系统计算速度,使钻压自适应控制系统对地层的适应性更强。      

冰雹灾害的大气重力波遥感预警系统

１９８５～１９９２年在北京、贵阳及河北满城进行的多次强对流过程大气重力波探测研究中，发现灾害性冰雹出现前３～６ｈ即有周期为２０～６０ｍｉｎ，振幅超过３０Ｐａ的大气微压重力波间歇性的活动。这一发现为灾害性冰雹过程的临近预报提供了重要指标。在此基础上我们使用重力波动态（三维）谱分析技术并设计了相应的微机系统软件，实现了大气重力波数据的实时采集分析和连续动态谱显示，从而研制成将微压波探头、数据采集、微机动态谱实时显示和临近预报指标等软、硬件结合为一体的冰雹重力波预警系统。该系统对强对流冰雹过程有很高的预警和识别能力，并且已达到实际业务使用水平，初步应用于人工防雹作业指挥，大大减少了空报造成的盲目性。１９９３年３～６月该系统在贵州省重雹灾区普定县实际用于冰雹预报和人工防雹作业指挥的效果证明，该系统可提供时效为３～６ｈ的冰雹预警信息，未出现空报和漏报，为该县减少炮弹耗费５０％以上，经济社会效益明显。这一系统同时还是普遍适用的大气重力波探测和实时分析工具，应用时只须改变软件中的参数设置或增加局部应用程序，即可对锋面、气旋、台风、高空槽、高低空急流等天气系统和强对流、危险性风切变等大气现象以及大气边界层结构等进行连续跟踪     

利用水合硅酸钠钙渣回收碱并用于制备硅灰石纳米粉体的实验研究

从高硅含铝原料霓辉正长岩中提取氧化铝时,硅以水合硅酸钠钙的形式排出。实验研究了水合硅酸钠钙渣的高效利用技术。利用水合硅酸钠钙自身的水解作用和在NaOH溶液中使之分解两种方法来回收其中的Na2O,所得NaOH溶液经蒸发浓缩后可循环利用。回收碱后剩余的固体渣用来制备硅灰石粉体。实验得出回收碱的优化条件为温度180 ℃,起始溶液的Na2O浓度为20 g/L,液固比为4∶1,洗涤6~7次。在此条件下,碱回收率可达90%以上。对回收碱后所得固体渣进行差热-热重分析,确定制备硅灰石粉体的煅烧温度。在820 ℃下煅烧2 h,制得颗粒尺寸为50~100 nm的α-CaSiO3纳米粉体,对其反应机理进行了初步的探讨。