T型巷道中突出煤−瓦斯两相流动力学试验研究

为了进一步探究突出煤−瓦斯两相流在不同巷道布置方式下的动力学行为,利用多场耦合煤矿动力灾害大型物理模拟试验系统,开展了T型巷道布置方式下的煤与瓦斯突出试验,得出了两相流运移过程中冲击力与静压的演化特征。结果表明：直线主巷内冲击力随时间呈多峰值震荡衰减趋势,体现了突出过程的脉冲特性,且距突出口越近,冲击力震荡次数越多;分岔两侧支巷内冲击力突出前期呈现两种演化趋势,其一是迅速增大至峰值后缓慢下降,其二是缓慢增大后缓慢下降;距分岔结构中心左侧1 500 mm处出现了较大冲击力值,出现重度危险区域,而右侧则在距500 mm和1 900 mm处。利用突出运移动态图像将整个过程分为单相气流和两相流两个阶段,单相气流阶段中分岔后支巷的冲击力就迅速上升至峰值,而在两相流阶段分岔前主巷的冲击力上升至最高值,存在分岔后冲击力峰值高于分岔前的现象。突出过程中,巷道壁面上静压值总体偏低;静压随时间呈间歇式波动发展,且其峰值点自煤层由近及远呈先增大后减小的趋势;距突出口越远,直线主巷内静压出现峰值的时刻越滞后;分岔支巷内静压左右两侧的演化近似,随着时间推进,分岔结构前后静压衰减逐渐增大。     

水合物储层伺服降压开采模型试验研究

深海水合物赋存于一定的温度和压力环境下,降压开采时降压速率对分解产气速率和储层变形特性影响显著。利用浙江大学自主研发的水合物降压开采试验装置,通过伺服控制降压速率,初步开展了水合物储层模型降压开采试验,研究了储层温度场、孔压场、产气量等的响应特性,探讨了降压速率对产气效率和储层变形特性的影响规律。试验表明：水合物竖井降压开采时,开采井周围储层温度率先下降,分解域由井周逐步向周围发展。适当提高降压速率能够提高储层开采效率,但降压速率过快时易导致水合物重生成,反而不利于水合物高效持续稳定开采,开采时应选择合理的降压速率以达到最优产气效率。开采过程中根据储层孔隙与外界连通程度,储层孔隙状态可分为完全封闭型、局部封闭型和开放型3种类型。储层开采试验完成后,浅层土体出现 3 种不同变形特征的区域：I 区为井周土层,呈漏斗型下陷;II 区土层平坦,无明显扰动痕迹;III 区为边界土层,该处水气产出受阻导致部分气体向上迁移引起土丘状隆起带出现。这些变形特征与气体在储层中的迁移路径和运移模式相关。通过相似性分析,给出了模型与原型分解时间和产气量等的对应关系。     

含气软黏土的不排水抗剪强度计算模型

含气软黏土广泛分布在世界五大洲,大量离散气泡的存在对软黏土的不排水抗剪强度具有强化或损伤作用,然而目前仍缺乏能综合考虑气相强化与气相损伤竞争机制的含气土不排水剪切强度解析表达式。结合临界状态土力学理论,基于笔者提出的含气土屈服函数,建立了v-lnp¢ 空间下临界状态线截距与土体含气特性(u_{w 0},y₀)的数学关系,进而推导了含气软黏土在三轴应力状态下不排水抗剪强度s_u的理论显式表达式。同时,采用所提出的含气软黏土不排水抗剪强度理论计算公式,分别对比了3种典型的含气软黏土在不同含气特性下的不排水抗剪强度理论预测与试验结果,包括马来西亚高岭土、Combwich 黏土和高岭黏土。另外,对比分析了4种不同的含气软黏土不排水抗剪强度理论计算模型的预测误差百分比,证明了提出的基于改进的含气软黏土本构模型的不排水抗剪强度理论计算式的合理性,能够更加准确地同时考虑含气软黏土的气相强化与气相损伤双重效应。     

常见稀有气体采样容器研究进展及意义

稀有气体是地学研究的重要手段之一,在研究成矿流体来源、壳幔相互作用过程中具有重要的研究意义,其组成及同位素比值是研究天体和地质体来源、成岩机理及各种地质和物理化学过程的关键,可作为地球化学示踪剂。如何有效地在大气圈、水圈和岩石圈进行稀有气体同位素样品的提取,是气体同位素研究急需解决的基础科学问题,所以气体采样容器和取样技术显得尤为重要。本文在文献调研的基础上,对常见的采样容器的优缺点进行对比,并总结了不同采样容器对稀有气体取样的优劣性。常见的气体采集容器包括不锈钢瓶、铜管、玻璃瓶、气体采样袋、注射器等,而稀有气体的采集容器常为不锈钢瓶和铜管等;通过对比表明不锈钢瓶具有耐高温、耐高压、抗强腐蚀、不易燃、不易爆等特点和优越性,在气体样品采集和运输过程中稳定性最好,实验效果也最好;铜管采样效果和密封性好,但操作较为复杂;玻璃采样容器效果次之;石英玻璃瓶虽然操作简便,但是运输保存不便;气体采样袋和注射器的采集和运输储存效果较差。因此建议稀有气体样品采集使用不锈钢瓶和铜管以及钠钙材质的玻璃瓶,不建议将石英材质玻璃容器以及注射器和气袋作为稀有气体的采样工具。该工作可为气体地球化学的研究提供新的参考。     

有载冻融作用对深部重塑黏土抗剪强度影响的试验研究北大核心CSCD

深厚表土层冻结法凿井工程中,深部土体由于经历了高压冻融作用,导致其工程性质变化,认识冻融作用对其强度与变形影响,对于冻融病害防治有一定意义。本文通过室内试验对深部重塑黏土进行了有载冻融,并对不同干密度、围压、冻结温度和融化温度条件下的深部冻融重塑黏土进行三轴剪切试验,探讨有载冻融作用下深土重塑土抗剪强度的变化规律。研究结果表明:冻融作用使深部重塑黏土的偏应力-应变关系由软化型转变成硬化型;同时,经冻融作用后其抗剪强度与割线模量都产生了一定的下降,在本试验条件下,抗剪强度最高下降了48.8%,割线模量E_()最大下降了72.0%。通过对各影响因素的显著性分析,发现初始干密度对抗剪强度和割线模量影响最为显著,围压对两者的影响最弱。     

阿拉善地块东北缘狼山地区大红山组沉积时代、物质来源及区域构造意义

阿拉善地块位于中亚造山带南缘,是研究中亚造山带南缘二叠纪构造背景及演化的关键地区。本研究在阿拉善地块东北缘狼山地区野外调查的基础上,对狼山地区大红山组地层进行古流向、碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb定年和砂岩碎屑组分分析。研究表明砾石最大扁平面倾向为SWW—NWW,指示大红山组地层沉积时的古水流的流向总体呈现自西向东,推测大红山组砾石主要来自狼山西部地区。砂岩中碎屑锆石最小年龄峰值为275 Ma和278 Ma,表明大红山组沉积时代不早于中二叠世早期。砂岩的碎屑组分分析和碎屑锆石年龄谱指示大红山组可能来自于晚古生代诺尔公—狼山弧,砾石的古流向分析和碎屑锆石年龄谱推测大红山组砾石极有可能来自于阿拉善地块前寒武纪变质基底。结合诺尔公—狼山构造带晚古生代大陆岩浆弧的存在,认为二叠系大红山组地层沉积于弧背前陆盆地的构造背景。     

低阻页岩电阻率主控因素研究

龙马溪组页岩是现阶段国内勘探的主要层位之一。川南扬子地区下古生界的龙马溪组气层存在低电阻率特征,仅从测井响应上很难与水层区别。为此,在现有常规测井、钻井取心、生产动态等资料的基础上,结合大量铸体薄片、QEMSCAN和X全岩衍射等岩心分析实验,对该地区低阻气层的成因机制进行了深入研究,结果表明:川南扬子地区下古生界的龙马溪组低阻气层的主控因素有3个:黏土矿物的附加导电性、过成熟有机质完全石墨化和有机质纹层分布形式。实际应用结果表明:研究区低阻气层的成因为发育的有机质纹层和有机质部分石墨化,即页岩气储层表现为低阻往往都是多种因素相互叠加、相互影响造成的,在分析时需要根据不同地区、不同层段分析相应地质、测井和岩心资料,并且需要利用上下层段对比和邻井对比等方法判断储层低阻的主控因素。     

低阻页岩电阻率主控因素研究

龙马溪组页岩是现阶段国内勘探的主要层位之一。川南扬子地区下古生界的龙马溪组气层存在低电阻率特征,仅从测井响应上很难与水层区别。为此,在现有常规测井、钻井取心、生产动态等资料的基础上,结合大量铸体薄片、QEMSCAN和X全岩衍射等岩心分析实验,对该地区低阻气层的成因机制进行了深入研究,结果表明:川南扬子地区下古生界的龙马溪组低阻气层的主控因素有3个:黏土矿物的附加导电性、过成熟有机质完全石墨化和有机质纹层分布形式。实际应用结果表明:研究区低阻气层的成因为发育的有机质纹层和有机质部分石墨化,即页岩气储层表现为低阻往往都是多种因素相互叠加、相互影响造成的,在分析时需要根据不同地区、不同层段分析相应地质、测井和岩心资料,并且需要利用上下层段对比和邻井对比等方法判断储层低阻的主控因素。     

灼烧法中有机质与总有机碳换算关系的重建及其在页岩分析中的应用

有机质与总有机碳(TOC)的换算关系为wo=1.724×wTOC,难以满足当前页岩气开发的现场测定要求,需要作出修正。本文以鄂尔多斯盆地南部页岩样品为研究对象,在传统灼烧法基础上,采用X射线荧光光谱仪测定页岩组成,得出影响烧失量的因素;用热重-差热仪研究页岩灼烧情况,确定了无机盐不分解而有机质分解的最佳灼烧温度和时间。通过线性拟合灼烧法测得的有机质含量与仪器法测得的有机碳含量间的换算关系,建立了一种通过测定烧失量来换算总有机碳含量的新方法。在页岩最佳灼烧温度480℃,灼烧时间1.5 h条件下线性拟合建立了两种新的换算关系,获得TOC测定值与仪器法的标准值相对误差分别为1.691%、0.486%,检出限分别为0.41%、1.60%。综合它们的优缺点,可将测定页岩类样品的换算关系重建为wo=2.125×wTOC。重建的方法通过严格控制灼烧温度,解决了传统灼烧法中烧失量因无机盐高温分解造成有机质代表性不足的问题,可用于精确测定页岩中的有机质或有机碳含量。     

塔里木盆地塔中—巴楚地区奥陶系内幕不整合

塔里木盆地塔中-巴楚地区奥陶系内部存在一期重要的不整合。通过对数十口钻井的地层、古生物研究及与露头剖面的对比,发现该不整合的顶、底层位变化较大,地层缺失量在不同地区有所差异,可大致分为两种情况:其一是塔中地区,上奥陶统良里塔格组覆于鹰山组第三段(下奥陶统上部)之上,且有部分钻井良里塔格组下部也发育不全,缺失了至少11个牙形石带,相当于有17~20Ma的地层缺失;其二是巴楚地区,良里塔格组覆于鹰山组第二段或鹰山组第一段(中奥陶统下部)之上,缺失了至少8个牙形石带,相当于有约14Ma的地层缺失。上述地层缺失主要是由于中奥陶世以后塔里-巴楚地区出水成陆,碳酸盐岩地层受大气淡水溶蚀的结果。在不整合之下碳酸盐岩地层中形成的岩溶是十分重要的油气储层。因此,对该不整合的研究对于塔中、巴楚地区奥陶系,特别是鹰山组的油气勘探具有重要的意义。