横观各向同性土体中压力隧洞的应力和位移计算

基于Biot固结理论,考虑了土体和孔隙流体压缩性,通过对控制方程的解耦,得到在横观各向同性饱和土体中圆形隧洞边界上作用随时间变化的轴对称荷载或流体压力所引起的应力、位移和孔隙水压力场在拉普拉斯变换域中的解析表达式,运用拉普拉斯数值逆变换进行算例分析,得到在时间域中的解,讨论了单级加载和循环加载对计算结果的影响,并与瞬时加载条件下的结果进行了比较。同时也分析了土体的横观各向同性性质对应力、位移和孔隙水压力场的影响。     

基于Hoek-Brown的岩石横观各向同性屈服准则研究

为了描述岩石强度的各向异性特征,通过引入材料的微结构张量,考虑单轴抗压强度σ_cβ随层理倾角β而变化,提出了基于微结构张量的修正Hoek-Brown屈服准则。开展不同层理倾角(0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°)的页岩试样不同围压(0、5、10、15和20 MPa)下的三轴压缩试验,结果显示,页岩峰值强度与层理倾角β呈"U"形曲线关系,在围压较低时呈"肩"形曲线关系,弹性模量E_t和泊松比ν对围压不敏感,其平均值随层理倾角β的变化关系分别呈倒"U"形、"肩"形。页岩的微观和宏观破坏图像表明,其破坏模式受围压和层理倾角双重控制。试验值与模型预测值的对比表明,修正的Hoek-Brown屈服准则可较好地对页岩强度的各向异性进行模拟。同时,采用Koteshwar千枚岩、Koteshwar板岩、绿泥石片岩等层状结构岩石的单轴和三轴压缩试验数据,进一步验证了提出的修正Hoek-Brown屈服准则对多数具有层理结构的横观各向同性岩石峰值强度模拟具有普遍适用性,并对屈服准则在试验数据较多和较少情况下的峰值强度模拟效果进行了评价。     

深层泥页岩井壁失稳机理与预测模型研究进展

深层油气资源开发已成为国家油气发展的重要战略，泥页岩井段井壁失稳是制约深层油气资源安全高效开采的技术“瓶颈”。本文在分析深层泥页岩井壁失稳的力学机理和化学机理基础上，着重论述考虑泥页岩水化作用、弱结构面、各向异性和多场耦合的井壁稳定性预测模型的研究进展和发展趋势。钻井液密度不合理是井壁力学失稳的主要原因，泥页岩水化作用是井壁化学失稳的主要原因；在井壁流-固-化-热四场耦合作用下，考虑弱结构面、各向异性对泥浆安全密度窗口的影响，是目前研究深层泥页岩井壁稳定性的主要趋势和方法。     

基于统计损伤的井壁坍塌压力模型

目前在计算油气井壁坍塌压力时,通常采用摩尔-库仑准则,该准则没有考虑中间应力对岩石破坏过程的影响,计算结果比较保守,限制了低密度钻井液发展。针对这一情况,考虑岩石破坏过程中的损伤,基于统计损伤原理,对统一强度准则进行了修正,并利用修正后的强度准则建立了新的井壁坍塌压力模型。结果表明,修正后的统一强度准则能更好地模拟岩石强度,利用该准则建立的井壁坍塌模型计算出的坍塌压力比传统的摩尔-库仑准则低,准确率更高     

分步替水灌浆法在科学钻探西藏钻孔坍塌 地层中的应用

地层压力异常是指岩石孔隙流体的压力异常,存在异常压力的井段容易井塌.西藏罗布莎科学钻探孔处于雅江缝合带,异常压力层段多,地层复杂,深孔钻进过程中经常出现垮孔、钻孔失稳现象.采用常规孔内灌浆进行护壁封孔,成功率极低,主要表现为封孔水泥浆由于异常压力原因产生回顶现象而偏离目标孔段,造成灌浆失败.分步替水灌浆法则利用了孔内异常压力流体的平衡原理,把替水量分两步压入注浆管,防止了水泥浆液偏离目标孔段,灌浆效果好,有效解决了异常压力地层中的固孔护壁问题.论文研究总结了分步替水灌浆法的原理和工艺方法,并结合实际工程详细剖析了灌浆压力异常的原因、分步替水控制过程,提供了一种异常压力地层灌浆新的技术方法.     

孔壁地层超静孔隙水（气）压力的形成及其对瓦斯抽排井套管稳定性影响

瓦斯抽排井套管失稳的事故时有发生。为了探索套管失稳机理,应用土力学原理分析了钻井和固管过程中孔壁地层超静孔隙水（气）压力的形成机制;建立了孔壁地层超静孔隙水（气）压力对套管作用的力学模型,该模型包含超静孔隙水（气）压力、地层孔隙率、井液液柱压力、套管抗外挤强度、固管水泥圈使套管抗外挤强度提高的效应系数和固管水泥圈与孔壁岩层界面处的抗张强度等参数;分别就新地层、基岩和煤层的超孔隙水（气）压力对套管稳定性影响的特点进行了分析。结合实例介绍了煤层超瓦斯压力引起套管失稳的分析方法。提出了局部提高套管抗外挤强度、提高固管水泥圈强度、延迟井液排空时间、增设套管扶正器等提高套管稳定性的具体措施。     

预防油页岩地层钻进中压差卡钻的措施

分析了油页岩地层钻进中压差卡钻发生的原因,提出了预防压差卡钻的途径及处理方法,并通过工程实例来强调预防为主的重要性。     

岩芯钻探中地层压力预测初探

地层压力变化是导致孔内情况复杂化的关键因素,地层压力预测是钻探施工中泥浆设计和事故防范的重要手段,合理预知地层压力情况有助于最大限度地解决深孔钻探中的复杂问题[1]。近年来,地层应力预测技术在国内外得到了广泛探讨,而传统的水压致裂地层压力测量方法仍然是简单实用的手段之一。通过云南某矿区复杂地层深孔钻探工程中的应用实例,验证了地层压力预测在绳索取心钻探工程上的合理性和可行性。     

横向各向同性弹性地层井孔中模式波的探测深度

研究了横向各向同性(TI)弹性地层充液井孔中模式波的频散曲线和灵敏度曲线。结果显示:弯曲波对地层中垂直向传播的横波速度比较敏感,而斯通利波对地层中水平向传播的横波速度较灵敏;在慢速地层中,从斯通利波(或弯曲波)对不同径向位置和不同波数下水平向 (或垂直向) 传播的横波速度的灵敏度曲线上可知,斯通利波的探测深度在整个计算频段约为1.5个井眼半径(距井壁距离),弯曲波的探测深度相对较深,但受波数影响大:在较低波数时,其探测深度约为4个井眼半径,较高波数时约为1.5个;在快速地层中,由于受井内流体的影响较大,弯曲波在较高波数时探测深度稍有下降,但斯通利波对地层性质的敏感程度明显降低甚至消失。     

双聚防塌冲洗液体系在GHW2井中的应用

鄂尔多斯盆地伊陕斜坡GHW2井是在陕西府谷庙沟门施工的一口页岩气探井,地层主要为千5、盒8、山西组、太原组、本溪组,钻进过程中坍塌掉块、破碎严重。针对现场破碎、坍塌掉块及水敏性地层钻探遇到的主要难题,研制了双聚防塌冲洗液体系。该体系具有护壁性、抑制性和胶结性。通过在GHW2井中的应用,取得了较好的护壁、护心效果,有效地保证了该项目的顺利施工。     

硅酸盐防塌泥浆研究及其在碳质泥岩钻探中的应用

硅酸盐钻井液体系是一种以无机盐为主要处理剂的防塌抑制性钻井液,具有物理封堵和化学加固井壁双重防塌作用,能有效的降低井壁的渗透率、阻止压力传递,且具有较好的流变特性、无毒、无荧光、成本低,被认为是具有发展前景的水基钻井液之一。在碳质泥岩钻探中经常遇到的问题有:漏失、坍塌、掉块、涌水等,给安全钻井带来很大麻烦。同时,为了满足工程/水文地质资料获取与评价要求,铁路勘察对复杂地层的处理有相对严格的要求,如避免使用水泥封孔等,本文研究的硅酸盐钻井液可以有效的解决碳质泥岩钻探中的上述问题,并能提高岩心采取率和机械钻速。     

贵州铜仁地区页岩气钻井施工难点及对策

在贵州铜仁地区施工页岩气地质调查井,因地层构造较复杂,上部灰岩地层岩溶、溶隙发育,在钻井过程中存在井壁易垮塌、掉块卡钻,井内漏失严重,供水困难等难点。秀页2井设计井深1900 m,由于钻井液漏失严重,水泥浆封孔堵漏过程中发生掉块卡钻事故,处理无果导致钻井中途报废。移机重新开始,采用较大口径开孔、多级绳索取心钻进、分段水泥堵漏、多层套管护壁的方案,顺利终孔。本文重点从水泥封孔堵漏方面总结该孔的钻井技术经验,为该区域页岩气井施工提供参考。     

中风压空气钻进技术在平煤某矿的应用

在松软突出煤层钻进中,采用中风压空气钻进技术在工艺及配套装备方面具有明显的优势。通过在平煤某矿的应用,解决了钻孔深度不足、孔内事故预防及处理难度大等问题。实践证明,中风压空气钻进技术在松软突出煤层中值得推广。     

鲁页参1井钻井液技术

鲁页参1井钻遇地层复杂,水敏地层造浆严重,二叠系地层坍塌掉块,出现卡钻事故,导致钻井施工进度慢,风险大。针对钻井施工中存在的技术难题,开展了一系列的技术攻关,确定了一开和二开以及取心段的钻井液体系,形成了一整套钻井液技术和工程技术措施。实践表明,该套钻井液体系解决了鲁页参1井钻井中出现的坍塌、掉块等难题,减少了井下故障的发生,提高了钻进速度,建井周期明显缩短,为以后的钻井施工提供了技术支持。