钻探参数实时采集系统研制与应用

钻探参数实时采集系统研制的目的是向钻探技术及管理人员提供直观的钻探实时参数,通过该系统可全天候的掌握钻探工况。钻探参数采集的方法是通过传感器采集压力、转速、位移、流量、液位等物理参数,使用配套的软硬件设备进行数据转换和处理,在人机交互界面显示直观的工程参数。该系统根据野外现场不同工作环境可以使用互联网、GPRS终端或者北斗卫星终端把现场实时工程数据无线传输至远程服务器上,用户通过手机或电脑即可查看到现场的实时或历史工程数据。采用本系统可以预防和减少钻探事故,为事故处理提供数据支撑,为实现钻探自动化、智能化提供基础数据。     

一种横观各向同性岩体蠕变模型

层状岩体由于层理面或者结构面的存在,在力学上具有横观各向同性的特点,现有的各向同性蠕变模型难以全面反映横观各向同性岩体的蠕变力学特性。为构建能够反映横观各向同性岩体的三维蠕变模型,以能反映瞬时应变、减速蠕变和稳态蠕变特征的黏弹性Burgers模型为基础,基于常泊松比假定,在三维各向同性蠕变本构方程的基础上,按照算子替换的方法,将横观各向同性柔度矩阵代替各向同性柔度矩阵,并考虑了平行和垂直层理方向岩体蠕变力学行为的差异性,推导了横观各向同性岩体的三维蠕变本构方程。根据本构方程的特点,提出了根据平行和垂直方向岩体蠕变试验结果进行三维蠕变本构模型中蠕变参数的辨识方法。将提出的模型应用于三轴蠕变试验参数辨识,从而获得了一套完整的三维蠕变参数,并与试验结果进行对比分析,从而验证了所提模型与方法的合理性和有效性。进一步,指出了传统蠕变试验设计方案的局限性,给出了横观各向同性材料蠕变试验设计建议。研究成果为研究岩体三维蠕变机制提供了新思路,可对岩体蠕变试验设计提供相应的科研支撑。     

基于简化力学模型的隧道锚极限承载力估值公式

悬索桥隧道式锚碇的设计理念为锚碇夹持岩体协同承载,因而承载能力远超同体积的重力式锚碇。但因目前对围岩协同作用认识尚不充分,在当前隧道式锚碇设计中仍保守地忽略锚碇和岩体间的挤压效应。为弄清锚碇?岩体协同承载的机制,揭示隧道锚承载能力提高的本质,通过分析隧道式锚碇建设至成桥全过程受力,建立隧道锚的简化力学模型,并引用Mindlin应力解分析了荷载沿锚碇轴向的传递规律以及荷载产生的作用于锚碇?岩体间的挤压应力分布,最终给出了隧道式锚碇极限承载力的简化估算方法,并通过伍家岗大桥隧道锚工程实例分析了结果的合理性。所得结论主要有：锚碇?岩体界面力主要由锚碇自重和锚碇?岩体相互挤压产生;锚碇?岩体界面附加应力自后锚面向前锚面呈先增后减的变化趋势,在距后锚面约1/3L处达到应力峰值;以容许抗剪强度为破坏判据解得的伍家岗长江大桥隧道式锚碇的极限承载力为3 504 MN,约为16倍的设计荷载,与室内试验值基本吻合。     

Coalbed Methane Enrichment Regularity and Major Control Factors in the Xishanyao Formation in the Western Part of the Southern Junggar Basin

There are abundant coal and coalbed methane(CBM)resources in the Xishanyao Formation in the western region of the southern Junggar Basin,and the prospects for CBM exploration and development are promising.To promote the exploration and development of the CBM resources of the Xishanyao Formation in this area,we studied previous coalfield survey data and CBM geological exploration data.Then,we analyzed the relationships between the gas content and methane concentration vs.coal seam thickness,burial depth,coal reservoir physical characteristics,hydrogeological conditions,and roof and floor lithology.In addition,we briefly discuss the main factors influencing CBM accumulation.First,we found that the coal strata of the Xishanyao Formation in the study area are relatively simple in structure,and the coal seam has a large thickness and burial depth,as well as moderately good roof and floor conditions.The hydrogeological conditions and coal reservoir physical characteristics are also conducive to the enrichment and a high yield of CBM.We believe that the preservation of CBM resources in the study area is mainly controlled by the structure,burial depth,and hydrogeological conditions.Furthermore,on the basis of the above results,the coal seam of the Xishanyao Formation in the synclinal shaft and buried at depths of 700-1000 m should be the first considered for development.     

冀中坳陷中部现今热岩石圈厚度及地热学意义探讨

热岩石圈厚度是研究盆地的构造演化和板块动力学的重要参数,本文通过实测数据构建地壳分层模型,根据热传导的基本原理,计算了冀中坳陷中部的Moho面温度以及热岩石圈厚度,并探讨其地热学意义。结果表明:冀中坳陷中部的Moho面温度分布在500～600℃,西南侧整体温度较东北部高,热岩石圈厚度介于102～122km,其平面展布特征与华北克拉通热岩石圈厚度西厚东薄的特征相吻合,为华北克拉通受太平洋板块西向俯冲导致东部遭受破坏提供了依据,并且较薄的岩石圈使热流更易传导到地壳浅部,成为了该地区热异常的成因背景。     

雄安新区雾迷山组岩溶裂隙发育特征

雄安新区碳酸盐岩岩溶热储是具有重大开发潜力的优质地热资源。理清雾迷山组储层中岩溶裂隙的形成演化过程及发育特征,对地热资源的形成与聚敛研究具有重要作用,也是合理有效地开发地热资源的前提。根据岩芯采样、薄片、钻井、测井等资料,对雾迷山组岩溶裂隙的形成演化与几何特征进行了详细分析。结果表明:雄安新区岩溶和裂隙的形成与构造活动密切相关,以印支运动晚期至喜马拉雅运动期间最为强烈,形成了最有利储层发育的岩溶裂隙。雾迷山组裂隙带平均厚度和平均间隔分别为4.70m和4.05m,储厚比平均为41.90%。储层内部裂隙的走向主要为近北东向,倾角集中在50°～90°之间。面积裂隙频率达到5.34条/m~2。裂隙的长度和开度平均分别为1.20m和95.16μm。多种物质充填裂隙,以白云石、黄铁矿、石英最为常见,含有数量较多的半充填和未充填裂隙。现今地应力有助于裂隙的开启,储层中裂隙网络发育,连通性好,具有非常好的导水储水性能,为雾迷山组地热资源富集提供了良好条件。     

青海共和盆地地热资源热源机制与聚热模式

青海共和盆地东侧贵德扎仓热田是探讨共和盆地地热资源成因的关键地区。本文综合区域地质、岩石热物性、同位素年代学、水文地球化学和地球物理测量等方法,重点分析了共和盆地的构造背景和热源机制,深入研究了共和盆地地热能系统的关键环节。研究发现:①识别出盆地地壳15 km以下深度发育高导体,并可与新生代青藏高原东部中-下地壳发育的层状低速高导层对比;②近NW-NS向的瓦里贡左旋走滑逆冲断裂是扎仓热田重要的控热和导热断裂;③晚中生代花岗岩与上覆围岩具有显著的热导率;④温泉氢氧同位素指示水源以地表水补给为主;⑤存在浅层新生界碎屑岩中-低温热储和深层花岗岩中-高温热储,发育四层两类地热资源。综合分析提出了共和盆地干热岩三元聚热模式:即新生代中-下地壳发育的高温低速高导层是主要热源,中晚三叠世花岗岩是良好的导热和储热体,既是干热岩母岩,也是热储,新生代低热导率沉积岩是良好的盖层。研究对于青藏高原地热成因、资源预测、开发规划等具有参考意义。     

内蒙古东珺铅锌银矿床成矿机制的热力学相图研究

大兴安岭广泛分布与岩浆热液作用有关的铅锌多金属矿床,对于该类型矿床中成矿物质的运移沉淀机制和矿物共生组合的研究是揭示成矿机制的关键。本文选取了大兴安岭成矿带东珺典型中高温岩浆热液型铅锌银矿床,通过对该矿床进行详细的野外地质调查和镜下矿物共生组合的研究,结合流体包裹体的显微测温研究,激光拉曼测试和H-O同位素测试,选择了方铅矿、闪锌矿和黄铁矿三种主要金属硫化物进行了热力学平衡的相关计算,依据包裹体显微测温结果选取了473K、513K、553K、593K四个温度截面绘制了热力学Eh-pH、lg[Pb~(2+)]-pH和lg[HS~-]-pH相图。结果显示随着热液成矿过程的不断演化,主要金属硫化物及其共生组合由Py(Ⅰ)→Py(Ⅱ)+Gn(Ⅰ)+Sp(Ⅰ)→Gn(Ⅰ)+Sp(Ⅰ)→Gn(Ⅰ)+Sp(Ⅱ)→Gn(Ⅱ)+Sp(Ⅱ)→Gn(Ⅱ)。流体沸腾、流体混合和水岩反应是东珺铅锌银矿床的主要成矿机制,由此引发的温度、离子活度、Eh和pH的变化对于成矿物质的运移沉淀和硫化物共生组合的形成具有重要的控制作用,东珺矿床热液成矿期主要金属硫化物及其共生组合的形成是多因素协同作用的结果。此研究对于解释大兴安岭典型热液型铅锌多金属矿床的运移沉淀机制和矿物共生组合特征具有重要的指导意义。     

Relationship Between Electrical Properties and Sedimentary Environment of the Longmaxi Formation Shale, Southern Sichuan

The Lower Silurian Longmaxi Formation in the south of Sichuan is a key player in the exploration and development of shale gas in China. Due to a highly complex topographic area, electromagnetic methods (EM) become important exploration means in this area. Many studies have been conducted on the shale mineral composition and electrical properties of shale, however, the correlation between sedimentary environments and the electrical properties of shale remain poorly understood. The electrical properties and sedimentary environment of the organic-rich shale of the Longmaxi Formation have been studied by means of X-ray diffraction, organic geochemistry, scanning electron microscopy and complex resistivity measurements. The discovered high quartz content of the Longmaxi Formation shale results in low resistivity. Deep-water shelf biogenic quartz contributes lower resistivity more than that of shallow-water terrigenous quartz. The deep-water anoxic and organic sedimentary environment led to major enrichment of pyrite, leading to a high polarization effect in shale. We present the correlation between the lithofacies types and electrical properties of Longmaxi Formation. The mixed siliceous shale lithofacies is the most favorable among the three lithofacies, which is characterized by high total organic carbon (TOC) content, high brittleness mineral content, high polarization and low resistivity (“three high and one low”). This feature is an effective identification of shale gas reservoirs by electromagnetic prospecting. Our study can provide constraints on electrical parameters of rocks for electromagnetic “sweet spot” exploration of shale gas, and so this has important geological significance to shale gas exploration and development.     

土壤含盐量反演的研究

运用Hyperion数据,以黑龙江省大庆市某一实验区为例,开展对土壤含盐量定量提取的研究,通过对图像预处理、特征提取、建立BP神经网络模型（Back Propagation Network）等研究工作,探讨反演土壤含盐量的方法。研究结果表明：神经网络模型具有极强的线性和非线性拟合能力,模拟遥感影像特征与土壤盐分之间比较复杂的关系上有很大优势。研究结果不但为利用Hyperion数据反演土壤含盐量提供理论依据,而且还为其它地表参数的反演提供参考。