黔西地区表层易漏地层钻井工程技术

黔西地区是煤层气和页岩气重要的勘探区,碳酸盐岩发育,表层很容易钻遇溶洞、裂缝,发生井漏、井垮等复杂问题,给钻井工程带来很大挑战。根据黔西地区的地质情况和钻井工程实践,结合周边相似地区的钻井工程经验,分析表层碳酸盐岩地层井漏主要为溶洞性漏失和裂缝性漏失,并伴有井垮风险。对易漏易垮的复杂情况,提出了煤层气井和页岩气井针对性的井身结构设计,以降低井漏风险;并总结形成了空气钻进、清水钻进、空气潜孔锤跟管钻进、气体反循环钻进等应对黔西地区表层易漏、垮塌复杂情况的钻井工艺技术体系。最后,介绍了黔水地1井导管段复杂情况的处理经验。本文可为黔西地区表层易漏地层的优快钻井提供技术思路和借鉴。     

钢板式浮塞下管工艺在煤矿大口径工程井中的应用

针对煤矿大口径工程井采用常规水泥浮塞下管技术存在的施工工序多、钻井液易污染、水泥块沉渣多和易残留等工艺缺陷,以霍州某煤矿大口径瓦斯抽采钻孔工程实践为例,开展钢板式浮塞下管技术研究。介绍了该技术的工艺原理,对瓦斯孔工作套管发生弹性失稳变形和材料屈服破坏的临界强度进行校核计算,开展了钢板浮塞的结构和装配方案设计,并对其强度进行验算。采用本工艺完成直径836 mm,重150 t瓦斯抽采管路的下放作业。经实践验证,该技术可减少下管固井期间起下钻工作量,缩短作业时间,成井后套管内无水泥块残留,且工艺制作过程简单、操作方便,可为今后类似工程施工提供经验和借鉴。     

煤矿井下定向钻孔超长套管下放技术

针对煤矿井下定向钻孔超长套管下放成功率低、速度慢的问题,提出开孔段保直钻进、造斜段曲率控制、钻机驱动主动钻杆下放及套管导正等改进技术措施。在阳泉新景矿进行了现场试验,完成了3个满足煤矿井下水力压裂要求的定向钻孔超长套管下放,最大下深达到168 m,套管下放成功率达到100%,下套管平均工效由5.5 m/h最大提高至13.1 m/h,有效地解决了定向钻孔超长套管下放受限的难题。     

2016年"7.19"京津冀极端降水系统的动热力结构及不稳定条件分析

利用NCEP/NCAR 的GFS再分析资料,结合中国气象局气象信息中心提供的全国自动站观测降水量资料、CMORPH卫星反演降水资料、FY2反演降水资料和雷达定量估测降水产品融合的降水资料,对造成2016年7月19~21日北京—天津—河北（以下简称京津冀）地区的极端降水天气系统动热力结构演变以及不稳定条件进行了诊断分析,揭示了京津冀地区上空不同气压层上天气尺度系统的配置,水汽条件,降水发生的垂直运动条件及不稳定层结演变情况。结果表明:（1）500 hPa呈现东高西低的环流形势,与700 hPa低涡和高低空急流相配合,副高北抬阻挡华北地区低涡的东移,导致低涡在京津冀地区停滞是此次降水发生的环流背景;（2）低层的低涡东移发展与中高层正涡度叠加对暴雨发生有重要作用;（3）引用位势散度分析对流不稳定度变化的原因表明,降水区后部的京津冀西南地区,低层的位势不稳定主要由位势散度的水平风垂直切变部分决定,代表水平风垂直切变和大气湿斜压的共同作用,弱降水区以及降水区后方的低层位势散度为负值,有利于该区域位势不稳定加强,强降水区及降水区前方位势散度为正值,抑制了位势不稳定发展。位势散度变化可以通过影响大气稳定度变化进而影响降水落区,位势散度的高值区对应了降水大值区,尤其是700 hPa位势散度对降水落区有很好的指示作用,可以结合位势散度的变化对降水落区进行预估。     

Charney's Model—the Renowned Prototype of Baroclinic Instability—Is Barotropically Unstable As Well

The Charney model is reexamined using a new mathematical tool, the multiscale window transform(MWT), and the MWT-based localized multiscale energetics analysis developed by Liang and Robinson to deal with realistic geophysical fluid flow processes. Traditionally, though this model has been taken as a prototype of baroclinic instability, it actually undergoes a mixed one. While baroclinic instability explains the bottom-trapped feature of the perturbation, the second extreme center in the perturbation field can only be explained by a new barotropic instability when the Charney–Green number γ 1, which takes place throughout the fluid column, and is maximized at a height where its baroclinic counterpart stops functioning.The giving way of the baroclinic instability to a barotropic one at this height corresponds well to the rectification of the tilting found on the maps of perturbation velocity and pressure. Also established in this study is the relative importance of barotropic instability to baroclinic instability in terms of γ. When γ 1, barotropic instability is negligible and hence the system can be viewed as purely baroclinic; when γ 1, however, barotropic and baroclinic instabilities are of the same order;in fact, barotropic instability can be even stronger. The implication of these results has been discussed in linking them to real atmospheric processes.     

一次夏季冷锋后暴雨的形成机制探析

利用常规观测资料,卫星、雷达及NCEP再分析资料,对2013年7月9日山西太原至河北石家庄一带的暴雨成因分析表明:(1)山西太原附近的暴雨发生在持续性层云弱降水持续6 h之后,层云中镶嵌积云并伴有弱雷电活动,暴雨区位于地面冷锋北侧低层冷区中,距离地面锋面120 km以上,极易漏报;(2)850 hPa东北风显著增强,低层假相当位温小的干冷空气随东北风向西南方向伸展,低层稳定层持续增厚,不稳定区位于稳定的边界层之上,强降水由高架对流造成;低层东北风和高层西南风同时增强,锋区斜压性显著增强,锋面抬升加强,锋面抬升和与500 hPa西南气流相伴的干平流使得锋区上空大气层结由近中性的绝对稳定转化为位势不稳定,锋区抬升使得位势不稳定转化为条件性不稳定;(3)午后河北中西部大气层结绝对稳定,石家庄雷达监测到其附近数条平行于热成风方向的水平尺度几十千米的对流云带是由条件性对称不稳定导致的倾斜对流。     

岩石变形破坏全过程的变形场和能量演化研究

以白光数字散斑相关方法作为试验观测手段,通过单轴压缩试验对一种红砂岩变形破坏全过程的变形场和能量演化特征进行研究。利用CCD(charge-coupled device)相机记录试验加载全过程的试件表面散斑场图像,采用数字散斑相关方法对试验图像进行分析,计算得到了岩石变形破坏过程中试件表面变形场、变形局部化区域的位移错动量值和试件表面变形能密度量值,并对变形局部化带的位移演化和变形能量演化特征进行分析。从试验结果分析得出：岩石试件变形局部化带的位移演化在加载峰值前基本上保持线性演化规律,而其位移错动加速与加载峰值点相对应,岩石试件加载峰值后阶段的承载力变化主要受变形局部化带的位移演化影响;岩石试件在加载过程中的能量释放和能量积累规律与局部化带的演化有关,体现出局部能量释放和整体能量释放两种形式。     

工程先验知识辨识下的滑坡非平稳变形支持向量机预测

针对缺乏非平稳变形（阶段性、反复性及突变性）特征数据导致的滑坡预测与评估不完全符合工程实际的情况,通过分析变形时序的物理意义与类型,在定义了非平稳变形趋势变化外延模式的基础上,提出了综合考虑滑坡当前变形阶段、观测变形数据特征以及待预测时段外界诱发因素的时序外延模式辨识方法,并进一步在工程先验知识指导下建立了支持向量机（SVM）预测模型。通过2个工程实例对方法进行应用验证。结果表明,工程先验知识能够有效补充非平稳变形的观测数据信息,对预测建模具有指导性作用;融入外延模式的SVM模型与一般性SVM的外推预测,其平均相对误差可降低2～3倍,预测的可靠性与准确性得到了显著增强。     

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     

基于强度折减法的边坡安全预警及失稳判据研究

传统强度折减法难以对实际边坡失稳进行动态预测或预警。基于边坡失稳变形的演化规律,获得边坡特征点位移量与稳定状态的关系。利用强度折减法对边坡强度进行逐步折减,进而构建边坡折减系数与特征点位移间关系曲线,结合边坡失稳演化规律,以特征点处位移值的突变作为边坡失稳判定依据,提出一种边坡失稳预警位移值和极限位移值的确定方法,实现了对边坡安全性进行预测预警。