煤系非常规天然气一体化压裂液体系研究与应用

为了解决目前煤系非常规天然气压裂液体系应用灵活性差、性能不可调问题,研究了一体化压裂液体系。以3种一体化稠化剂为研究对象,结合现场黏土稳定剂、助排剂和破胶剂,开展一体化压裂液体系增黏、减阻、悬砂、耐温抗剪切、破胶、添加剂配伍性、防膨和表面张力实验评价,并分析一体化压裂液现场应用效果。结果表明,一体化压裂液体系黏度灵活可调,黏度随一体化稠化剂含量增加而增大,黏度调整区间为3~200 mPa·s,高黏液体悬砂性能优异,体积分数为1.0%的一体化压裂液在60℃、100 S?1剪切条件下黏度大于100 mPa·s;一体化压裂液体系与各类添加剂配伍性良好,易破胶,减阻率、防膨率均大于70%,表面张力小于28 mN/m。其一体化主要体现在功能性和应用性两个方面,功能上集滑溜水、线性胶、交联液压裂液体系于一体,能够满足各类气层压裂改造工艺对造缝、减阻、防膨、携砂、快速返排等性能的要求;应用上在鄂尔多斯盆地东缘现场煤层气、页岩气、致密砂岩气井均取得了成功应用。一体化压裂液推动了非常规气压裂工艺试验,提高了压裂改造效果,对各类气层以及压裂改造工艺具有良好的适应性。      

煤层气井清洁压裂液破胶剂的筛选

为解决清洁压裂液在煤层气井中的破胶问题,通过考察破胶剂的种类、温度、用量及pH值对破胶时间的影响,筛选了4种适合于不同压裂深度的煤层气井的新型温敏化学破胶剂——PJJ-25、PJJ-30、PJJ-35和PJJ-40。结果表明:这4种破胶剂用量为0.02%~0.03%;破胶时间在0.5~5 h之间可控制;破胶后体系粘度小于3 mPa.s;表面张力低于30 mN/m;残渣低于0.1%。实践证明,这4种破胶剂均有良好的破胶效果,破胶液与地层的配伍性良好,且对煤层伤害较轻。      

新型抗高温二次交联凝胶堵漏材料的研制

针对普通凝胶抗温能力较差难以适用于高温地层堵漏作业的问题,通过设计合成抗高温凝胶主剂GN-1并运用二次交联技术,研发了新型抗高温凝胶堵漏材料。优选配方为：淡水+1.5%GN-1+0.15%地面交联剂+1%井下交联剂+0.2%抗氧化剂。通过热滚老化与高温流变测试相结合的手段对凝胶抗温能力进行评价。结果表明,该凝胶材料具有良好的热稳定性,在180 ℃下老化24 h后,7.34 s-1下剪切粘度＞10000 mPa?s。大幅加重后180 ℃老化24 h仍能保持较好的粘弹性。此外还考察了不同温度和pH值下的成胶性能以及与聚磺钻井液体系的配伍性,为抗高温凝胶堵漏材料在现场的应用奠定基础。     

基于旋转水槽试验的泥石流阻力坡降速率效应研究

使用自主研发的旋转水槽制作稳定循环流动的泥石流,通过实测泥石流阻力坡降和流动速度,探索泥石流阻力坡降的速率效应。在旋转水槽试验中,通过控制线速度v,制作出稳定循环运动的泥石流,其阻力坡降J等于槽底坡降tanθ,可以实测。试验再现了野外的泥石流运动特性,观察到“龙头”、颗粒弹跳、低阻力坡降、固液相分离、剪切速率效应等现象。试验结果表明,在一定的流动速度范围内（例如试验中1.88m·s-1≥v>0.47m·s-1）,泥石流的流动速度越高,阻力坡降越大;如果泥石流运动速率过低（例如试验中v<0.47m·s-1）,泥石流会出现固液两相分离现象,砾石（粒径>2mm）运动明显落后于液相运动。本项目的试验研究成果为泥石流制作和阻力坡降测量提供新途径,为泥石流阻力坡降的速率效应理论研究提供实验支持。     

离心分层距离法——一种定量表征聚合物液体中矿物填料沉降性能的方法

研究聚合物等高粘度液体中矿物填料的沉降性能,可以为新型绝缘灌注胶以及矿物材料研究与应用提供科学依据,根据斯托克斯公式和离心沉降速度公式以及高速旋转离心实验特点,时自然沉降时间计算公式进行推导.并根据绝缘灌注胶特点以及不同粒度微晶白云母在环氧树脂中高速离心沉降实验,总结出一种能够对聚合物等高粘度液体中矿物填料的沉降性能进行快速定量表征的离心分层距离法;实验结果表明:微晶白云母在E-51环氧树脂中的沉降速度和分层比例都分别与其粒度大小呈正比关系,1 000目完全沉降(分层比例100%)需要7 068.7 d,其自然沉降速度为0.7×10-7mm·s-1,若要保持3个月内不发生明显的分层现象,应当采用1 000目或更细小的粒度.     

无固相弱凝胶钻井液在水井施工中的应用

结合水井施工实例,开展了对无固相弱凝胶钻井液及生物酶破胶剂的应用研究。弱凝胶钻井液具有独特的流变性,动塑比高、低剪切速率粘度高,有很好的携砂能力,除具备冷却钻头、清除孔底岩屑、护壁防坍功能外,还具有无固相,不易堵塞地层孔隙,减少钻井液中固相对含水层的伤害的特点。加入生物酶破胶剂后,能清除在井壁形成的泥皮,疏通水流通道,取得了单井出水量和渗透系数有较大增加的应用效果,对在水井施工中加强含水层的保护提供了新的方法。     

钻孔灌注桩泥浆流变性能评价方法探讨

粘度是评价钻孔灌注桩泥浆性能的重要参数之一。由于钻孔灌注桩桩径大,泥浆循环速度低,剪切速率低,评价石油钻井和地质勘探泥浆流变性能的方法不适合评价钻孔灌注桩泥浆粘度。首先分析了钻孔灌注桩循环速度,推出其剪切速率分布;然后分析了旋转粘度计的剪切速率,提出了低转速的粘度计更适合评价钻孔灌注桩泥浆;最后推导出了塑性粘度、有效粘度和动切力的计算公式,对准确评价钻孔灌注桩泥浆具有重要理论和实践意义。     

适于湘西北页岩储层的携砂液的性能实验研究

湘西北页岩气储层致密,具有低孔、低渗等特点,需要对储层进行压裂改造,而携砂液的携砂能力实验,对其性能进行了研究。研究表明：携砂液属于假塑性流体,SDBS浓度为0.03%时,其流性指数最小,稠度系数最大,而且结构粘度相对其流阻比值最大,适合于湘西北页岩储层压裂改造;携砂液粘弹性携砂能力与其结构粘度有关,而且结构粘度（ηs）与沉降速率（v）满足v=-0.016ηs+2.304。     

无粘土冲洗液的研究和进展

无粘士冲洗液是一种新型的钻井冲洗液。它具有一定的粘度、良好的流变性、较低的失水性以及防塌、紊流减阻、交联增粘和破胶特性。有助于提高钻速,减少磨损。在岩心钻探和工程钻探中,能解决复杂层钻进的一系列难题。论述了无粘土冲洗液的类型及其性能。     

五莲拆离断层带动态重结晶石英颗粒的分形特征及流变参数估算

五莲拆离断层带中石英韧性变形明显,在野外主要表现为条带状、拔丝状,显微镜下主要表现为多晶石英条带,发育亚颗粒旋转重结晶和膨凸重结晶,剪切带经历了中低温条件下的变形,变形温度为300～450℃。利用分形方法对石英颗粒边界的研究表明,发生动态重结晶的石英颗粒边界具有统计学意义上的自相似性和明显的分形特征,亚颗粒旋转重结晶石英颗粒分维数介于1. 260～1. 319之间,均值1. 276;膨凸重结晶石英颗粒的分维数为1. 217～1. 297,均值为1. 256;根据石英粒径估算出亚颗粒旋转重结晶和膨凸重结晶作用变形阶段的古差异应力,分别为7. 84～21. 58MPa和18. 51～56. 65 MPa;基于分维值计算的应变速率计算公式,获得亚颗粒旋转与膨凸重结晶石英颗粒的应变速率分别为10-8. 4～10-7. 7s-1、10-10. 5～10-9. 7s-1;基于石英流变率计算,亚颗粒旋转重结晶的石英应变速率介于10-12. 88～10-11. 73s-1之间,膨凸重结晶的为10-13. 72～10-12. 46s-1。本地区韧性变形的应变速率大于一般性韧性剪切带应变速率,可能与拆离断层带的快速拆离伸展作用有关。     

神农架大九湖泥炭湿地CH4通量特征及其影响因子

开展大九湖湿地生态系统CH₄通量研究,对深入了解碳循环机制、科学经营以及准确评估湿地生态系统碳收支等方面具有重要意义.以湖北省神农架林区大九湖亚高山泥炭湿地为研究区域,采用涡度相关法对CH₄通量进行原位连续观测,分析了泥炭湿地CH₄通量变化特征及其影响因素.结果表明,大九湖泥炭湿地在2015年8月至2016年5月期间表现为CH₄的源,日通量均值为15.57 nmol·m-2·s-1.CH₄通量具有“夜间极大值”(2:00或22:00) 和“三峰模式”(6:00、12:00和22:00) 两种昼夜变化规律;CH₄通量具有明显季节变化规律,8月释放最多(36.46 nmol·m-2·s-1),3月释放最少(3.92 nmol·m-2·s-1).相关性分析表明,大九湖泥炭湿地CH₄通量受空气温度(T_a)、土壤温度(T_s)、土壤含水量(SWC)和摩擦风速(U*)的共同影响;不同时间尺度上,各影响因子与CH₄通量的相关性有所差异.曲线拟合得出,CH₄通量与T_a和T_s呈指数增长趋势,与SWC呈二次曲线关系.      

过渡金属络合物应用于稠油水热催化裂解降黏反应的室内研究

以合成的配体N-月桂酰基ED3A为基础合成了过渡金属络合物催化剂N-月桂酰基ED3A铁,并通过红外光谱对该催化剂进行了表征.将其用于稠油水热催化裂解降黏反应试验的结果表明:过渡金属络合物催化剂N-月桂酰基ED3A铁可使辽河冷42-平2稠油(85 600 mPa·s,50℃)在200℃时,催化剂用量(wB)为0.03%,加水量(φB)30%,反应时间24 h的条件下,降黏率为93.4%,并有10.2%的重质组分裂解为轻质组分.     

Low-frequency shear and structural relaxation in rhyolite melt

The frequency-dependence of the shear viscosity and modulus of rhyolite melt has been determined over a 10–14 log₁₀ Pa s viscosity range and a 0.03–63 rad s^–1 angular frequency range. The frequency-dependent viscosity determined at high frequencies is 5 orders of magnitude lower than the Newtonian viscosity. At lower frequencies, a frequency-independent viscosity identical with the Newtonian viscosity is observed. The measured shear modulus increases from zero to 30.5 ± 2.5 GPa with increasing frequency. The viscoelastic regime consists of a maximum in viscous loss centered on the Max-well relaxation time. The width and height of the loss modulus as a function of frequency is inconsistent with a single relaxation-time. The frequency-dependent shear modulus is best described by a distribution of relaxation-times with a sharp cutoff at times slightly longer than the Maxwell relaxation time, and a long tail at shorter times extending up to 5 orders of magnitude less than the Maxwell relaxation time. This distribution of relaxation-times is in contrast with the single-relaxation-time behavior observed in low viscosity silicate melts.     

祁连山中部亚高山草地土壤呼吸及其组分研究

草地碳通量组分的区分及其与环境因子的关系是了解生态系统碳循环的重要环节。于2013年6-8月在祁连山中部亚高山草地开展了土壤呼吸及其组分研究,利用根去除法区分根系自养呼吸和土壤微生物异养呼吸。采用LI-8100土壤碳通量系统测定生态系统呼吸、土壤呼吸及土壤微生物呼吸速率,同时测定10cm处土壤温度和5cm处土壤湿度。分析呼吸速率和环境因子的昼夜变化动态,自养呼吸和异养呼吸速率占土壤呼吸速率的比例,呼吸速率与土壤温湿度及与生物量的关系。结果表明：生态系统呼吸、土壤呼吸和土壤微生物呼吸速率的日变化趋势均呈单峰型曲线,具体表现为生态系统呼吸（11.07μmol · m^-2 ·s^-1）>土壤呼吸（6.31μmol·m^-2·s^-1）>异养呼吸（4.92μmol·m^-2 ·s^-1）>自养呼吸（1.39μmol·m^-2·s^-1）;自养和异养呼吸速率分别占土壤呼吸速率的22.03%和77.97%;呼吸速率与10cm处土壤温度呈指数相关,Q₁₀值排序为：土壤微生物呼吸（Q₁₀=3.74）>土壤呼吸（Q₁₀=2.76）>生态系统呼吸（Q₁₀=2.49）,呼吸速率与5cm处土壤湿度呈显著线性负相关关系,双因素模型明显提高了呼吸速率与温湿度的相关性,能够分别解释土壤微生物呼吸,土壤呼吸和生态系统呼吸速率变异的89%,79%和62%;地上生物量和呼吸速率之间存在显著线性正相关关系,地下生物量与呼吸速率之间呈二次回归关系（P=0.01）,未刈割草地呼吸速率大于刈割草地土壤呼吸速率,刈割一年的土壤呼吸速率大于刈割两年的土壤呼吸速率。     

Simple-Shear Rheological Properties of Shallow Clay Layer in Shanghai

This paper presets the results of simple-shear rheological tests for the shallow clay layer in Shanghai and the rheological parameters of this clay layer, such as shear parameter, viscosity and long-term strength etc. , by using the obtained relationship among stress, strain and time. The test results show that with certain density and water content of the clay and shear stress less than the yield value, the relationship between shear stress and shear strain for the same shear duration can be obtained by superposition theorem. Because of its linearity, likewise, the relationship between long-term shear flow rate and shear stress also hold true thus, from the linear portion of the curves mentioned above the shear modulus G and viscosity η can be obtained . however , when shear stress is beyond a certain yield value, the curve becomes non-linear. This yield value can be regarded as long-term strength of the soil . In rheological experiments these parameters are all functions of time.     

岩溶峰丛洼地区降水入渗系数——以寨底岩溶地下河流域为例

大气降水入渗系数α、地下水径流模数M是最基础的水文地质参数,文章以封闭型寨底岩溶地下河流域结合2013年3月至2014年2月一个完整水文年的水位、流量、雨量高频率监测数据,采用水量均衡法得到了岩溶区枯平丰水期大气降水入渗系数,分别为0.352、0.528、0.726,平均入渗系数为0.635。地下水径流模数分别为8.32、19.80、61.15 L·s-1·km-2,年平均径流模数为33.36 L·s·-1·km-2。其计算方法和计算结果对同类型岩溶区水资源评价等有一定的借鉴意义。      

文家沟抛射型高速滑坡全程运动机理研究

5·12汶川大地震期间,绵竹市清平乡文家沟发生了大型高速滑坡。本文在系统分析文家沟滑坡区的地质条件和滑体运动特征的基础上,提出了文家沟滑坡是受地震力和滑坡地面震动力共同作用的失稳启动模式,并将滑坡全程运动划分为启程震动抛射、飞行铲刮、撞击转向堆积和停积4个阶段。分析和计算表明:文家沟滑坡体在失稳启程阶段所受的地震力和滑坡地面震动力的合力方向大致为285°,这与滑体启程抛射的运动方向基本一致;同时,计算得出滑坡体在4个阶段的运动速度分别为115.64 m·s-1、69.38 m·s-1、41.6 m·s-1和20.8 m·s-1,对应的运动时间为11.8 s、8.6 s、24.0 s、48.1 s。据此得出,文家沟滑坡全程运动的持续时间约为92.5 s,这与当地幸存者估计的1分多钟的运动时间比较接近。研究表明,文家沟滑坡的启程抛射和高速飞行的运动特征,可以将滑体的高位势能充分转化成动能,是促使滑体高速运动的关键。     

应变率与含水率对冻土单轴压缩特性影响研究

通过对泥浆制样法制备的冻结粉质砂土的单轴压缩试验,系统地研究了冻结砂土在一个宽泛应变率以及含水率范围内的单轴压缩破坏应变特性和线弹模量特性。结果表明：随着应变率的增加,当含水率为12.0%,破坏应变逐渐增大;当含水率在16.7%～24.0%范围内时,破坏应变先增大后减小;当含水率大于等于30.6%时,破坏应变逐渐减小,3种情况下破坏应变最终都逐渐趋于稳定。破坏应变随含水率增加而先急剧增大到一个最大值,然后急剧减小,当含水率超过41.5%时,基本趋于冰的破坏应变。线弹模量先随着应变率的增大而非线性增大到一个最大值,然后应变率的继续增大使线弹模量逐渐减小,线弹模量与应变率的关系满足二次抛物函数规律。在温度为 2.0 ℃,应变率小于4.67×10-3 s-1的条件下,线弹模量随着含水率的增大而非线性增大,直至最后趋于冰的线弹模量;而在大于等于该应变率的条件下,随着含水率的增大,线弹模量先增大到一个最大值,然后减小趋于冰的线弹模量。当温度为 5.0 ℃时,类似的应变率临界值为1.00×10-2 s-1。