地下水观测井井筒效应的多场耦合数值模拟

利用3种不同水流运移方程分别模拟井管附近不同区域的水流运动, 基于流量守恒原理实现不同流态区域边界的耦合, 建立了有代表性的观测井-含水层系统场景; 利用建立的耦合模型模拟了观测井-含水层系统中水头的分布, 基于模型模拟数据分析了观测井井筒存在对含水层局部水头分布及地下水水质采样和环境监测结果的影响; 还分析了地下水三维水流强度、观测井井径以及含水层介质参数等对井筒效应的影响规律: 井筒效应在粘土等渗透系数和比单位贮水系数相对较小的含水层介质中更为明显, 其影响随着三维水流强度及观测井井径的增加而增大; 进行了上述参数的敏感性分析, 指出对于同一参数其在不同区间的敏感性比例不同, 对于不同参数观测井井径的敏感性比例最大, 因此在地下水环境监测的工程实践中减小观测井井径是相对快速且有效提高监测和采样精度的方法.      

钻孔抽水试验中观测自动化的实现和应用

结合钻孔抽水试验实践,分析研究当前钻孔抽水试验观测过程中相关的规范规程要求和遇到的困难.为了解决试验困难和提高试验质量,本文利用新的传感器技术对钻孔抽水试验进行改革和创新,提出了钻孔抽水试验观测自动化的实现方法,分析对比观测自动化的先进性,并展示工程应用实例.     

井筒中煤粉颗粒迁移的数值模拟

井内煤粉沉积是造成煤层气(CBM)井下故障的重要原因之一。针对煤层气井筒中由于煤粉沉积所引起的泵的低效率、泄露及卡泵等井下故障,研究了煤粉在煤层气(CBM)井筒中的迁移规律。根据沁水盆地赵庄矿区煤层气井生产条件,建立了抽油杆与油管环空区域内煤粉液相两相流动的瞬态模型,利用FLUENT软件中的欧拉模型对油管中的液固两相流进行了模拟,分析了煤粉颗粒尺寸和井液流速对煤粉排出的影响。模拟结果直观的展示了环空区域内不同时刻煤粉的分布情况,并得到了井筒内煤粉的体积分数随时间的变化规律,确定了最大颗粒尺寸下煤粉排出的临界排水量。研究结果为赵庄矿区煤层气井合理制定排采制度提供了数据基础。     

潜水泵在抽水试验中的应用

以往我队在各矿区水文地质抽水试验中均使用空压机抽水，劳动强度大，拆接、安装费时费力，而且抽水时不能保证一次成功。后来在龙桥矿区试用潜水泵抽水。通过比较认为：使用潜水泵抽水不但能提高抽水工作质量，而且能大幅度地降低抽水成本，提高工作效率，减轻工人劳动强度，加快施工进度。     

利用观测井的抽水试验分析裂隙介质特征的新方法

在关系式ｓ（ｒ，ｔ）＝Ａｔ￣Ｎ与描述裂隙介质中流体普通渗流方程的基本解之间，得到一新的分析方法。假定一个非整数的渗流维，而且假如至少具有两个观测井是有效的，以及渗流流经足够多的裂隙时，这种分析方法可以通过同描述多孔介质含水层相似的参数来刻划裂隙介质的特征。此时，渗流系统行为就是一分形实体。在几个方向上沿轴布置的观测井，可以分析出介质的各向异性的特征。野外的两个实际应用阐明了提出的方法。     

边坡稳定性温度效应数值模拟研究

气候变化引起环境温度改变,岩土体的性质随之产生相应变化。文章分析了温度对边坡稳定性产生的影响,于不同 温度状况下开展粘性土直剪试验,探究粘聚力及内摩擦角随温度变化的特征。进一步利用有限元软件ANSYS 结合实测地温 数据模拟边坡温度场演变过程,基于试验结果将温度场推导出粘聚力场,利用瑞典条分法结合粘聚力分布特征求得边坡安 全系数。通过一系列室内试验发现,下蜀土粘聚力受温度影响变化规律较为明显;土体含水量和密度不同使土体随温度升 高相应的产生热软化或热固结现象。通过ANSYS 模拟南京城郊边坡夏季高温期间温度场的演变,推算出了边坡安全系数的 变化规律。结果表明,对于高含水量的土体,在夏季高温环境下边坡稳定性降低,而城区温度更高相应边坡的安全系数通 常更低,高温对边坡稳定性具有负面作用。     

油页岩原位开采井距影响数值模拟研究

近年来,随着我国能源消费水平的提高,油气资源进口量逐年上升,寻找替代能源逐渐受到世界各国关注。油页岩是一种重要的石油替代能源,其储量巨大,分布广泛,开采前景广阔。地下原位转化开采油页岩具有低污染、占地面积小的优点。本文采用CMG-STARS数值模拟软件建立油页岩地下原位开采模型,通过原位注入热蒸汽法模拟了油页岩地下原位转化过程中的产油动态,并分析不同井距对开采的影响。结果表明,井距对油页岩开采有重要影响,井距越大,油页岩长期开采效果越好,但短期开采效果越差。最后对井距进行敏感性分析,结果表明井距40 m左右时产油效果最好。     

西安三桥地区地热回灌井数值模拟研究

西安市三桥地区地热回灌井模拟区面积约25.99 km~2,地面平均标高约400 m。为预测该地区回灌井成井后在回灌条件下井区温度场和渗流场的变化,分析地热回灌井周围的地热资源情况,为合理开发利用模拟区地下热水资源提供依据,建立地热回灌井的温度场和渗流场的三维数值模型,通过对初始温度场和初始渗流场进行确定,在不开采情况下模拟了回灌水温43℃和18℃以及回灌量50 m~3/h和80 m~3/h四种情况下连续回灌的情况,通过模拟计算,得到第五年末的渗流场和温度场。从第五年末的模拟结果来看,目的层的地热回灌在四种不同的回灌条件下,对同一热储层的影响局限于0.8 km范围之内,实施回灌五年后,目的层的地热回灌对同一热储层的影响局限于0.8 km范围之内,回灌目的层的渗流场的变化是显著的。本次预测属单井回灌模拟,受实际开采条件限制,其预测结果虽可能与实际情况有所出入,但可对未来进一步完善多井开采与回灌模拟预测提供宝贵经验。为合理开发利用模拟区地下热水资源提供依据。     

深井钻进模拟井筒研究

概述了深井钻进模拟井筒的进展，并提出了研制新一代深井钻进模拟井筒的结构方案，对其中的关键技术进行了可行性分析，最后对深井钻进模拟井筒的有关理论也逐一进行了阐述。     

抽水试验中常遇问题的分析

分析了水利水电工程钻孔抽水试验工作中如何选择抽水设备、确定抽水孔结构、过滤管孔隙率和滤网孔眼的大小。     

单井与群井结合抽水试验在地面沉降实测中的应用研究

以天津市某工程项目抽水试验数据为实测基本资料,目的是确定地基土的渗透性和富水性,计算含水层的水文地质参数,并实时监测试验期间地面沉降监测结果。结果表明,单井和群井抽水试验在抽水过程中,地面高程呈现出下降的趋势,累计达到最大沉降量,达到23. 57 mm,随着抽水时间较短和抽水时间较长等原因,在地面具有附加荷载时,沉降变大。因此,试验实时监测可以有效预防存在问题,为工程的设计与施工提供安全的风险控制。     

Numerical evaluation of pumping well transmissivity estimates in laterally heterogeneous formations

Transmissivity estimates derived from non-steady-state, single well, constant discharge, aquifer tests in laterally heterogeneous environments generally are questioned relative to their representativeness of aquifer conditions. Drawdown in pumping wells reflects the removal of water from storage in the aquifer and transient refraction of groundwater path-lines during the evolution of a non-symmetrical cone of depression. Simulations of single-well aquifer tests in aquifers with simple, arbitrary distributions of block heterogeneities suggest that transmissivity (T) values derived by the Cooper–Jacob (1946) method generally reflect volumetric, weighted mean T values of all of the heterogeneities contacted by the cone of depression at a particular time. This finding suggests that early-time drawdown data for single well aquifer tests reflect rapidly changing, volumetric, weighted mean T values proximal to the pumping well while late-time drawdown data reflect stabilized conditions and spatially averaged, volumetric weighted mean T out to a considerable distance from the pumping well.

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Resume Los estimados de transmisividad derivados de estados no estables, pozos individuales, descarga constante, pruebas de acuíferos en ambientes heterogéneos laterales generalmente se cuestionan en cuanto a su representatividad de las conidiones de los acuíferos. La extracción de agua en pozos de bombeo refleja la extracción de agua del depósito en el acuífero y la refracción transitoria de líneas de trayectoria del agua subterránea durante la evolución de un cono no simétrico de depresión. Las simulaciones de pozos individuales, pruebas de acuíferos en acuíferos con distribuciones simples, arbitrarias de heterogeneidades de bloque sugieren que los valores de transmisividad (T) derivados por el método Cooper–Jacob (1946) generalmente reflejan valores medios volumétricos potenciales (weighted) de todas las heterogeneidades en contaco con el cono de la depresión en un momento particular. Este descubrimiento sugiere que los datos de extracción tempranos de pruebas de pozos individuales reflejan valores medios potenciales volumétricos que cambian rápidamente en la proximidad del pozo de bombeo mientras que los valores de extracción tardíos reflejan condiciones estabilizadas y medias potenciales volumétricas a una distancia considerable del pozo de bombeo.

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Resumé Les estimés de transmissivité dérivés dessais de pompage en régime transitoire dans un seul puits contenu dans une formation latéralement hétérogène sont généralement questionable en ce qui concerne la représentativité des conditions de laquifère. Le rabattement dans les puits de pompage reflète lextraction deau provenant de lemmagasinement de laquifère et la réfraction en régime transitoire des lignes découlement durant lévolution dun cone de dépression non symétrique. Des simulations dessai de pompage dans un seul puits contenu dans un domaine avec des blocs hétérogènes distribués arbitrairement suggèrent que les valeurs de transmissivité obtenus avec la méthode dinterprétation de Cooper–Jacob (1946) sont généralement représentatifs du volume moyen pondéré de toutes les hétérogénéités en contact avec le cone de dépression à un temps particulier. Cette découverte suggère que les données de rabattement au début dun essai pour un seul puits reflètent un changement rapide des valeurs moyennes proximales pondérées tandis que le rabattement à un temps tardif reflète les conditions stabilisées et la moyenne spatiale jusquà une distance considérable du puits de pompage.

     

拟建深基坑降水试验岩土工程分析

通过对上海轨道交通9号线宜山路车站深基坑降水试验结果分析,得到不同土层受降水影响的岩土工程特征,并对个别土层的实测沉降与由室内试验参数进行估算的沉降进行比较,以获得真实的沉降影响状况,指导深基坑的设计和施工。     

落底式止水帷幕条件下深基坑群井试验研究

通过武汉绿地中心深基坑群井抽水试验,探讨武汉长江一级阶地地区落底式止水帷幕条件下深基坑涌漏的组成及其渗流规律,并提出了新的数学模型,计算基坑侧壁涌漏量。试验及分析计算结果表明:落底式止水帷幕条件下深基坑涌水量的组成除封闭基坑内含水层所含孔隙水之外,还有基坑侧壁的涌漏和基坑底部涌漏两部分,其中以基坑底部涌漏为主。基坑底部涌漏又包括基岩裂隙水和以基岩裂隙为通道绕渗补给的孔隙水。在涌漏初期地下水通过基坑侧壁涌漏点进入坑内时,在水平方向上以某一弧度的扇形模式扩散;基坑底部基岩裂隙水及坑外地下水通过基岩裂隙通道垂直向上补给。当存在涌漏点时,基坑内外水位变化会出现明显的异常。     

盐膏层造斜井段井眼缩径及套管外载数值模拟

盐膏层是油气成藏的良好盖层,塔里木盆地多个大型油气藏都属于巨厚盐下油气藏,为了提高单井产能,决定采用定向井和水平井来开发盐下油气藏。由于盐膏层距离产层较近,需要在盐膏层进行造斜。造斜井段盐膏层井眼的缩径规律及其对套管外载的影响国内外鲜有报道。应用有限元方法建立了造斜井段砂岩和盐膏岩地层、水泥环及套管耦合的三维力学模型,以塔里木羊塔克区块岩石力学测试成果为基础,研究得到造斜段井斜和方位对井眼缩径及套管外载的影响规律。该研究成果成功应用于塔里木巨厚盐下定向井、水平井轨迹设计,钻遇盐膏层泥浆密度的确定和井身结构设计,为塔里木盐膏层钻井、完井施工提供了重要的理论参考。     

多工艺联合洗井和抽水试验在CGSD-01井中的应用

天津东丽湖CGSD-01井为地热勘探井,设计井深4000 m,完钻井深4051.68 m。为最大程度清理钻井过程中对含水层的堵塞,本井采用了焦磷酸钠洗井、压缩空气洗井和酸化洗井3种工艺方法联合洗井,并先后进行2次抽水试验。联合抽水试验表明多工艺联合洗井效果理想。本文主要阐述了CGSD-01井洗井及抽水试验实施工艺,以期为今后同类研究及施工提供有益的借鉴。     

深埋隧道锚杆支护作用的数值模拟与模型试验研究

以重庆至长沙公路共和隧道为研究对象,研制出环氧-硅橡胶的相似模型材料,在大型真三轴模型试验机上进行了隧道在毛洞和锚杆支护条件下的超载试验,采用应变测量技术对隧道关键部位的应变值和锚杆的应变值进行了测量,据此分析了围岩体在锚杆支护后的应力变化规律和锚杆的轴力变化规律。采用与模型试验相同的边界条件进行了隧道在锚杆支护条件下的数值模拟工作,对围岩体的塑性区、应力场和锚杆轴力随荷载的变化过程进行了研究。结果表明,两种手段反映的围岩体应力变化规律和锚杆轴力随荷载的变化规律是一致的     

无观测孔双井干扰抽水求取承压含水层导水系数方法探讨

煤矿疏降水工程需要以含水层组参数为基础进行合理布设。结合某矿区内的非稳定流双孔干扰抽水试验,在无观测孔情况下,根据抽水井资料分别利用通用直线法、水位恢复法、解析法及优化拟合四种方法确定承压含水层的导水系数,并利用后期疏降水孔资料对上述方法进行验证,结果表明通用直线法和水位恢复法计算结果可靠。     

注水井泄压对井壁围岩应力场的影响

注水井泄压过程中的套管损坏现象在中国许多油田十分普遍,根据油藏流体渗流与地应力场耦合作用理论,建立了套管承载计算的力学模型,利用有限元方法,通过数值模拟的手段研究了泄压过程中井壁围岩应力场的变化规律以及油层孔隙压力的变化规律。根据计算结果提出,控制注水井泄压流量是有效防治泄压过程中套损的一种有效手段,并给出了具体的计算方法,从而,为油田现场预防和减少套管损坏提供了理论依据。     

地震作用下边坡动力响应的数值模拟研究

汶川地震中在硬岩、次硬岩区域出现的一些大规模斜坡破坏现象超出了以往对地震作用下边坡稳定性问题的认识。本文使用FEPG有限元程序分析了水平和垂直2种不同加载方式作用下,经过不同的震动持续时间,不含裂隙岩质坡体内部的应力场和位移场的变化规律。得出的结论认为,在输入震动振幅为0.1m的加载作用下,岩质边坡内部的应力和位移均出现极值:在边坡的顶部及坡面上最大拉伸应力值大于100MPa,超过了花岗岩、灰岩等硬岩、次硬岩的抗拉强度,可能使岩体产生破裂发生崩塌、滑坡灾害。研究结果还表明,与水平方向振动加载相比,垂直方向振动加载产生的响应结果要大,边坡顶端一点的在垂直方向位移的峰值达到0.43m,远远超过了输入的震动振幅,垂直方向的震动是引起边坡的不稳定的主要因素。此外,震动持续时间越长,造成的变形和破坏就越大。