基于非均质地层参数表征的颗粒流模型构建

非均质地层参数的获取与表征方法是浅层地质体改造的重要依据。基于非均质地层的地质建模,表征具有随机不确定性和模糊不确定性的土体表观参数和物理力学参数。利用 Weibull 分布统计描述局部地层信息,并应用Diamond-Square分形插值方法,结合差分盒子维计算非均质地层分形维数,进一步合理演算整体地层参数。采用PFC3D数值模拟软件,结合马尔科夫链蒙特卡洛方法采样数据,对非均质地层块石颗粒及土颗粒进行建模。通过非均质地层模拟结果,发现其破坏过程与应力应变曲线要比均质土体复杂得多,由于块石大颗粒的含量、分布特性对土样力学性质影响显著。本文建模方法有助于非均质地层参数表征研究。     

美国声波钻进规程ASTM D6914/D6914M—16浅析

声波钻进技术具有速度快、岩心保真好、适用地层广等优点,广泛应用于工程勘察、环境调查、浅源地热、基础工程、矿山治理等领域。为了提高声波钻进施工质量和过程控制,美国材料与实验协会于2004年制定了第一部声波钻进规程D6914—04,后经多次修订完善,形成最新声波钻进规程D6914/D6914M—16。本文根据该版规程内容,从技术原理、钻进设备、成孔工艺等方面展开了阐述。当振动器与钻柱谐振频率重叠时,声波钻头受到的能量达到峰值。钻机和取心钻具是声波钻进的核心设备。成孔工艺主要以双管高频振动、低速回转为主,实现多种目的层的原位取心作业。标准相关内容对声波钻进技术在我国的持续推广具有参考意义。     

火星取样钻探技术分析

火星探测一直是人类空间探测的热点。“好奇号”火星车着陆6年多来,先后完成了16次取样钻探,为人类探测火星提供了直接依据。本文根据NASA（美国国家航空航天局）公开的技术资料,围绕取样钻探的设计要求、取样钻探系统结构设计及接触式稳定系统、辅助结构系统、压力和回转传递系统、封闭保护壳（稳定器）系统、钻头系统、转盘系统、主动轴系统和冲击钻进系统等展开了论述。系统设计主要结合智能化、模块化、轻量化要求开展,并先后经过12次的室内联动测试,完成了同火星车的岩屑运移、样品处理分析、数据存储、仪器控制等系统的高度集成,并通过机械臂完成了搭载试验。由于火星取样钻探的首次尝试和NASA的技术保密原因,论文阐述的相关内容仅作为我国开展火星取样钻探研究和地球深部智能钻探研究的参考。     

水力压裂脉冲频率对煤岩预制孔密封效果影响

脉冲水力压裂技术是改造低渗储层的一种重要手段,通过水楔效应和脉冲疲劳损伤双重作用沟通裂隙网络,提高低渗储层导流能力。在脉冲水力压裂室内试验中,试样中预制孔的密封问题是决定水力压裂试验成败的关键,而起裂压力又是评价脉冲封孔段密封效果的重要指标。通过煤岩脉冲水力压裂室内试验,建立了封孔段薄弱结合面与煤岩基体力学性质的关联,研究不同频率对煤岩起裂压力的影响,最终拟合相关数据得到:基于煤岩脉冲作用下起裂压力的预制孔封孔压力经验公式。研究结果为脉冲水力压裂室内试验的试样预制孔密封提供依据。      

玄武岩纤维堵漏体系在高海拔非开挖钻进中的应用研究

高海拔地区实施非开挖水平定向钻进时,裂隙发育地层的泥浆漏失不仅会影响泥浆的有效循环,还会形成大量的岩屑床,导致钻具过度磨损、摩阻异常增大、有效孔径减小等问题。针对西藏某地钻遇花岗岩裂隙,采用近景摄影测量技术对其进行量化表征,得到该区裂隙地层的缝宽<4 mm;提出采用玄武岩纤维作为裂隙封堵主剂,并建立随钻玄武岩纤维堵漏配方体系,实验结果表明：采用3、6和9 mm多级组合的玄武岩纤维堵漏效果最好,3 mm纤维复合惰性材料形成骨架结构,6和9 mm纤维可发挥一定强度的“加筋”作用。现场随钻实验结果表明：采用玄武岩纤维堵漏后,泥浆中固相含量下降幅度减少了13.14%,有效保障了长距离裂隙山体的有效、绿色、安全钻进。     

爆管法在北美地区的应用现状

随着市政部门不断寻求节约成本的创新技术来解决地下基础设施问题,非开挖管线更换技术诸如爆管法成为可行的选择。爆管法是一种用相等或更大口径的新管更换现有地下供水给水、污水排水和燃气输送管线的施工方法。它是唯一一种完全沿旧管线线路铺设的施工方法。这使得安装新管线施工时无须征求额外通行权。爆管法兴起于20纪80年代,现在已遍布北美地区。本文通过对来自2007—2010年加拿大和美国的886个项目的调查问卷结果的总结,讨论了目前非开挖更管技术的趋势,分析了爆管法施工中的因素：包括设备的使用、采购与支付的形式、管线扩径的限制和施工的风险。     

水平孔钻渣运移机理研究

有效地排除钻渣是钻井液的主要功能之一。本文结合实验及相关工程情况,从力学角度对水平孔中钻渣的运移机理及相关影响因素进行分析,采用牛顿力学定律对钻渣在钻井液中的运移速度进行了解析建模。     

水平定向钻进管道敷设地层响应实验分析

在应用水平定向钻进非开挖技术进行近地表管道敷设时,由于上覆地层厚度(C)、钻孔直径(D)和钻井液压力(p)三者无法准确设计,往往会导致地表的变形,进而形成裂缝通道致使地表发生钻井液的溢流.分析了非黏聚力地层的溢流通道形式,同时推导了极限钻井液压力的计算公式.结合室内外实验及应用情况,得出了实测钻井液压力和计算钻井液压力同C/D值的变化规律,即C/D越大,极限钻井液的压力值也就越高.在同一地层中,一般钻井液压力的峰值出现在水平孔段的中间位置.根据C/D值,在保证钻井液不发生溢流的情况下,得出了不同水平孔径范围所对应的上覆地层最小厚度.     

北美非开挖技术发展近况-水平定向钻进应用方面

2010年5月北美非开挖技术协会（NASTT）在美国芝加哥举办了一年一度年会,同时庆祝协会成立20周年,来自美国和加拿大的几百位学者对非开挖技术的各个方面进行了为期一个星期的探讨。本文主要从136篇会议论文中遴选了有关水平定向钻进技术在北美地区的应用近况进行了描述,包括水平定向钻进中的窜浆问题、入海口的钻进技术、敷设管道的推进技术、钻杆失效的管理、地表变形检测等方面进行了阐述,笔者希望通过这些技术介绍,能够对国内广大非开挖业内人士的设计、施工、研究有所借鉴。     

非开挖HDD地表变形数值模拟及DCRP识别技术研究

采用非开挖水平定向钻进技术近地表施工时,由于地层及钻井液压力等原因易产生地表变形。结合美国梅萨市一处通信管道施工实例,对0-0.9 MPa钻井液压力作用下的地表变形程度进行了数值分析,得到地表最大隆起量为26 mm。采用DCRP技术及水准仪方法对该变形区域钻井液压力作用前后的地表进行位移检测,得到地表最大隆起量分别为28 mm和30 mm,表明数值模拟分析结果同现场检测结果比较吻合。同时,在现场所布置的26个检测点中,两种方法检测到的隆起量最大相差2.7 mm,表明其精度比较接近。此外,由于DCRP技术属于非接触式三维检测,受施工现场条件及人员操作限制少,故具有较为理想的应用前景。