深部地热资源开采对浅层地下水的影响分析

为了获取北京市西集地区深部地热资源和浅部含水层间是否存在水力联系,选取研究区内的两眼地热井(西集-1井和京通-2井)进行抽水试验,并同时选取两眼地热井周边的14眼凉水井进行水位监测。试验结果表明,在对两眼地热井进行抽水试验时,周边14眼凉水井的水位未发生明显降低,暗示了深部地热水与浅部含水层并不存在水力联系。区内发育了巨厚的古近系和新近系,其岩性以泥岩和粉-细砂岩为主,是有效的隔水层,隔绝了深部地热水与浅部第四系凉水的水力联系。     

压裂液快速混配技术的研究与应用

水力压裂是低渗透油藏改造的重要措施,压裂液性能则是影响压裂增产效果的一个关键因素,配液质量好、配液效率高是压裂液配制的发展趋势。通过分析当前压裂液配制难题,以及稠化剂和固体添加剂的特性,指出制约配液快速性的关键因素。基于实验研究成果,提出一种压裂液快速配制新工艺,并采用PLC控制,实现配液过程自动化。新的配液工艺和配液装备已经在大庆油田应用两年,工业化应用表明：该工艺胶液粘度释放快,胶液中没有水包粉现象,且具有计量精度高、添加剂混合均匀,发液速度快等诸多优点,证实了新工艺的合理性和有效性。     

SEDIMENTATION AND EROSION STUDIES

The river systems observed today is the cumulative result of surface, rill, and gully erosion, and sediment transport, scour, and deposition. The divisions of approach between these two related areas are man-made, and are not based on sound science. Most of the erosion studies are done by geologists and agricultural engineers who are concerned of the surface,     

单轴加载条件下页岩层理角度对水力压裂缝扩展规律影响研究

水力压裂作为一种改造储层渗透性、压裂增产的技术,对页岩气开采具有重要意义。为研究射孔附近水力压裂过程中页岩各向异性特征对破裂压力及裂缝扩展的影响规律,开展了单轴试验条件下不同层理角度的页岩水力压裂试验。研究表明:页岩的破裂压力存在明显的各向异性,破裂压力随层理角度的分布曲线呈U型分布,其中0°和90°破裂压力最大,30°最小;页岩的破裂形态主要有两种,一种为沿着最大主应力方向即竖直方向起裂并延伸,另一种模式为裂缝先沿着最大主应力方向起裂并延伸,延伸过程中直接穿过层理面,随后渐渐转向为沿层理面方向扩展;破裂机制则包括拉张破坏和拉张剪切混合破坏。研究结果对于深入了解页岩裂缝起裂和延伸机理、水力压裂施工设计等具有重要的意义。     

水力压裂模拟用煤岩体相似材料基础力学特性实验研究

煤层水力压裂模拟实验是研究煤矿井下水力压裂煤岩体致裂增透、弱化机理的有效手段。然而,大尺寸煤岩体原位保真取样技术不成熟,已有大尺寸煤样块多取自卸压区,其在运输和制备过程中会发生二次破坏,导致实验结果失真。因此,使用煤岩体相似材料代替大尺寸原煤执行室内水力压裂模拟实验成为一种可行的选择。煤岩体相似材料试样的力学特性是影响水力压裂效果最重要因素。为精确表征煤岩体相似材料的基础力学特征,选择煤粉、水泥、石膏、砂子为相似材料,设计制作7种配比试样,进行超声波与力学特性耦合响应规律研究。结果表明:煤岩体相似材料试样超声波波速(P波和S波)和强度(单轴抗压和抗拉强度)随着密度的增大而增大,随着孔隙率的增大而减小;相似材料对于超声波波速、强度和密度增大幅度的影响为水泥>砂子>石膏,孔隙率正相反;相似材料水泥和石膏分别在调节试样强度和变形特性方面起主要作用;根据超声波P波波速与强度之间的二次多项式数学模型,通过测定超声波P波波速可提前预测试样的强度;试样力学参数可调整范围大,通过改变相似材料配比可以调整试样的力学性质,精确模拟煤岩体,且试样制作方法简单。此研究可为煤层水力压裂模拟用煤岩体相似材料力学特征相似设计提供依据,促进矿井瓦斯防治技术的发展,具有广泛的应用价值。      

页岩气开发水力压裂技术综述

世界页岩气资源丰富,但由于页岩地层渗透率很低,目前还没有广泛开发。水力压裂技术是页岩气开发的核心技术之一,广泛用于页岩储层的改造。介绍了水力压裂作业的压裂设计、裂缝监测、压裂液配制和添加剂选择,以及常用的压裂技术,包括多级压裂、清水压裂、同步压裂、水力喷射压裂和重复压裂。结合国外页岩气开发的实例和国内压裂技术的应用情况,分析了各种压裂技术的适用性。研究认为,清水压裂是现阶段中国页岩气开发储层改造的适用技术,开采长度(厚度)大的页岩气井,可以使用多级分段清水压裂技术。同步压裂技术是规模化的页岩气开发的客观需要。     

井下高压水射流切割煤层增透效果数值模拟

针对井下高压水射流切割煤层增透技术,利用FLAC^3D数值模拟软件,建立三维有限元模型,对不同煤体结构（软煤、硬煤）、切割深度和切割环数等因素的卸压增透效果进行数值模拟分析。模拟结果表明：在水力切割相同半径下,软煤的卸压范围约为硬煤的1.8倍,变形量约为硬煤的2.6倍;水力切割半径由0.5 m增至1 m时,煤体中应力降低为90%的区域和煤体变形量分别提高到1.56倍和1.66倍;相邻切割缝槽之间出现了交互影响,钻孔的卸压范围和煤体变形量显著增大,水力切割区域煤体呈现整体卸压状态。将数值模拟的卸压范围与理论公式计算结果进行了对比,二者之间的误差为0.46%~9.84%,表明采用数值模拟技术研究水力切割增透效果是可靠的。     

绿洲化过程中绿洲土壤物理性质变化研究

绿洲化是指在一定的经济、技术条件下,为满足社会需求,把原生荒漠改造成人工绿洲的过程。利用空间代替时间的方法研究了约1 000 a来随着绿洲化进程绿洲土壤物理性质的变化过程,旨在为深入认识绿洲化过程提供依据。结果表明:①在约1 000 a的时间尺度上,随绿洲土壤开垦年限的增加,表层（0～20 cm）土壤容重与饱和水力传导度随时间显著降低,与此同时,土壤孔隙度、团聚体稳定性、粉粒含量显著增加。未开垦（0 a）和开垦约1 000 a表层土壤容重分别为1.51 g·cm-3、1.35 g·cm-3,总孔隙度为43.16%、49.27%,毛管孔隙度为38.73%、47.10%,>0.25 mm水稳性团聚体含量为24.60%、49.59%,沙粒含量为85.42%、61.56%,粘粒含量为3.93%、4.80%,土壤比表面积为128 cm2·g-1、231 cm2·g-1,土壤饱和水力传导度为0.74 cm·h-1、0.34 cm·h-1。②绿洲土壤在开垦的最初30 a间土壤饱和水力传导度、>0.25 mm干团聚体、>0.25 mm水稳性团聚体、比表面积变化相对较快,分别为0.01 cm·h-1·a-1、0.58%·a-1、0.50%·a-1、1.48 cm2·g-1·a-1。     

高压环境下流体非饱和渗流对含水合物沉积物的影响

沉积物与流体流动的性质是影响水合物形成和聚集的两个重要因素,为研究水合物在沉积地层中的赋存机制必须探明高压环境下含水合物沉积物在非饱和渗流条件下的相互影响关系。以逸度差为水合物反应驱动力,反应动力学常数为Arrhenius类型,建立了包括非饱和流体流动-沉积物特征-水合物形成动力学耦合的二维模型,从理论上研究了多孔介质内流体与沉积物参数如含水率、去饱和系数、水力分布和水合物饱和度等在孔隙内的相互影响规律。结果表明,在设定的条件下,随着反应的进行孔隙水压力随时间逐渐大,在相同条件下水合物饱和度与温度增加导致孔隙水压力变大,其中水合物饱和度的影响较小,而沉积物基质吸力、去饱和系数与本征动力学常数则与孔隙水压力成反向变化,其中本征动力学常数的影响较大。     

矿山采掘岩体渗透变形灾变机理及防控Ⅱ:底板突水

矿山地下工程渗透变形破坏造成的典型灾害类型包括顶板突水溃砂、底板突水、防水闸墙与围岩界面渗透破坏等。本文从刘国昌先生对我国矿山水文地质工程地质学发展的奠基作用谈起,综述了矿山底板岩体渗透变形破坏突水灾害机理和防控技术进展。回顾了煤矿底板突水系数提出、改进和应用的历史,从底板渗透变形破坏产生的渗透力学机理重新阐释了突水系数的物理含义。基于底板岩体结构临界抗渗水力坡度建立了抗渗安全系数突水判别方法,其底板临界抗渗水力坡度可由半经验方法估算。在对底板突水评价方法演进分析的基础上,提出了底板危险源辨识和突水危险性动态评价方法。对底板突水灾变的主动防控措施的防控原理及效果评估方法进行了分析。最后,讨论了矿山底板渗透稳定性方面需要进一步深入研究的科学问题。