极地深部冰层取心钻探孔壁水压致裂研究

为了维护极地深部冰层取心钻探工作中钻孔的稳定,避免孔内事故的发生,冰层孔壁的水压致裂问题是亟待解决的重要科学问题之一。本文在深入分析国内外冰层钻探资料的基础上,结合冰盖动力学相关理论,计算得出了钻孔所在区域冰层的密度、温度及内部应力随深度的变化规律。在此基础上,结合油气资源勘探水力压裂技术与冰层钻进钻井液等相关理论,建立了合理的孔壁压差计算方法,深入探讨了适用于深部冰层钻探孔壁水压致裂机理。研制了冰层钻孔水压致裂模拟实验装置,可分析研究不同围压条件下冰样的脆性变形机理。结合我国Dome A深冰心钻探工程实际,提出钻孔可能发生水压致裂的深度区域及孔壁所需的起始裂纹长度判定,以期为后续的安全高效冰层钻进提供重要的理论依据。     

四川平武银厂金矿勘探复杂地层钻进技术

四川平武银厂金矿区钻探施工中遇到漏失、缩径、岩心破碎、易孔斜和钻孔事故频发等施工难题,施工难度极大。本文结合地层特点,通过采用绳索取心液动锤、高密度低失水泥浆体系、跟管钻进等工艺技术措施,提高了钻进效率和施工质量,大幅度减少了孔内事故的发生,为顺利完成钻孔施工任务奠定了坚实的基础。     

顺北油田钻井参数强化的提速效果评价

X、Y井是部署在塔里木盆地顺北油田的2口勘探井,X井为钻井参数强化试验井,X井较Y井在实钻中更好地执行了钻井参数强化措施,三开5600~7500 m井段X井机械钻速较Y井提高了119%。对比分析,X井通过配置压力级别更高的地面设备,实钻实现了更高的排量和泵压,X、Y井的钻头冲击力分别为0.73~1.02 kN、0.61~0.85 kN,钻头水功率分别为6.79~11.38 kW、5.37~8.79 kW,机械比能为0.23~2.15 MPa、0.52~3.5 MPa。钻井参数强化的实验过程中,X井获得了更高的井底机械能量与水力能量以及更理想的破岩环境,其机械钻速明显高于Y井,符合钻井参数强化提速的预期。     

HCW-90型全液压自动猫道钻杆支架起升同步性分析

本文针对HCW-90型全液压自动猫道的钻杆支架起升过程进行研究,采用多体动力学与液压控制系统联合仿真方法,分析了钻杆支架起升液压缸动作的同步性对钻杆从支架末端运动至平台档销限位处的动态过程的影响。重点讨论了起升液压缸同步性对管体空间位姿、动力学参数、管体运动至终了处与档销碰撞过程。进一步分析了管体受到限位后趋于稳定的动态过程和定位精度。此外,综合考虑管体运移的快速性、平稳性和定位准确性,对起升液压缸的液压控制系统的输入信号进行了合理调整,并在满足工作性能的前提下,提出了采用分流阀构建低成本液压控制系统的方案。     

冲击地压关键层远程区域水力压裂防治技术

针对我国目前冲击地压防治工程人员身处冲击危险区域,无法实现区域先行、超前治理的局面,论文提出了矿井冲击地压关键层远程钻孔水力压裂防治技术。分析了我国冲击地压矿井的地质条件和近几年重大冲击地压灾害的特点,认为华北石炭—二叠系煤田和侏罗系煤田很多冲击地压煤矿煤层上覆地层,普遍发育厚层坚硬的砂岩关键层,能量的释放符合冲击地压形成的“3因素”理论。经论证,关键层脆性强,硬度大,易于压裂,利用水力压裂法解除地应力是合适的;井下长钻孔、地面深孔和地面导斜钻孔的施工技术和钻孔水力压裂技术已成熟,实现远程钻孔水力压裂区域性的防治冲击地压是可行的。工业性试验显示,井下长钻孔顺层分段水力压裂长度可达800 m,水压可达40 MPa,裂缝半径为40 m;地面垂直钻孔分段压裂深度可达3000 m,压裂段高>100 m,压力达80 MPa,裂缝半径为100~200 m;地面导斜钻孔水平顺层段长度达1000 m,压力达80 MPa,裂缝半径为100~150 m;压裂前后煤体应力或支架压力的检测数据对比显示,压裂后的应力较压裂前降低了10 MPa以上,满足区域治理的要求,钻孔远程水力压裂在防治冲击地压上较传统方法具有显著超前优势、区域优势、效率优势、安全优势和环保优势,可以做到冲击地压防治区段的无人化,满足区域先行、超前治理的国家要求。     

Sensitivity assessment of strontium isotope as indicator of polluted groundwater for hydraulic fracturing flowback fluids produced in the Dameigou Shale of Qaidam Basin

Hydrogeochemical processes that would occur in polluted groundwater and aquifer system, may reduce the sensitivity of Sr isotope being the indicator of hydraulic fracturing flowback fluids(HFFF) in groundwater. In this paper, the Dameigou shale gas field in the northern Qaidam Basin was taken as the study area, where the hydrogeochemical processes affecting Sr isotope was analysed. Then, the model for Sr isotope in HFFF-polluted groundwater was constructed to assess the sensitivity of Sr isotope as HFFF indicator. The results show that the dissolution can release little Sr to polluted groundwater and cannot affect the εSr(the deviation of the 87 Sr/86 Sr ratio) of polluted groundwater. In the meantime, cation exchange can considerably affect Sr composition in the polluted groundwater. The Sr with low εSr is constantly released to groundwater from the solid phase of aquifer media by cation exchange with pollution of Quaternary groundwater by the HFFF and it accounts for 4.6% and 11.0% of Sr in polluted groundwater when the HFFF flux reaches 10% and 30% of the polluted groundwater, respectively. However, the Sr from cation exchange has limited impact on Sr isotope in polluted groundwater. Addition of Sr from cation exchange would only cause a 0.2% and 1.2% decrease in εSr of the polluted groundwater when the HFFF flux reaches 10% and 30% of the polluted groundwater, respectively. These results demonstrate that hydrogeochemical processes have little effect on the sensitivity of Sr isotope being the HFFF indicator in groundwater of the study area. For the scenario of groundwater pollution by HFFF, when the HFFF accounts for 5%(in volume percentage) of the polluted groundwater, the HFFF can result in detectable shifts of εSr(ΔεSr=0.86) in natural groundwater. Therefore, after consideration of hydrogeochemical processes occurred in aquifer with input of the HFFF, Sr isotope is still a sensitive indicator of the Quaternary groundwater pollution by the HFFF produced in the Dameigou shale of Qaidam Basin.     

WRF中土壤图及参数表的更新对华北夏季预报的影响研究

土壤质地及其物理性质的参数化对陆面过程模拟具有明显的影响。研究了土壤质地和土壤水文参数表的更新对WRF（Weather Research and Forecasting）模拟性能的影响。使用北京师范大学土壤属性数据集和修正后的土壤水文参数表替换WRF默认数据,对2017年6—8月华北地区开展数值模拟试验和评估验证。结果表明,模拟结果对土壤类型数据集和水文参数表的更新较为敏感,对地面要素预报有正效果。WRF默认土壤数据集中,中国东部以粘壤土为主,而在北京师范大学土壤数据集里则以壤土为主;修正后的土壤水文参数在Noah陆面过程中增强了裸土潜热蒸发能力。数值模拟试验表明,土壤输入数据和土壤水文参数的更新能够增强陆面向大气的潜热同时减弱感热输送,致使大气底层温度降低而湿度增大。利用华北区域748个地面气象观测站的2 m温度和2 m湿度对2017年夏季的模拟结果进行验证,结果显示更新试验对地面要素的预报偏差有较好的修正作用,能够将2 m温、湿度的预报技巧分别提高3.4%和2.9%。      

基于粒径分维值检验的松散介质渗透系数空间估值——以河北平原为例

为了克服松散含水介质非均质性各向异性对介质渗透系数的求取所带来的困难,以水动力条件为线索,利用互相关法寻找同一时代地层及同一时代地表水的主、次流方向.在主流方向上,建立了石家庄-束鹿-衡水段介质颗粒粒径随距离递变的数学模型,并以此为基础推求无钻孔地段的粒径.同时,运用分形理论,计算了中、上更新统地层主流方向平均粒径空间分布的分维值,并将其作为检验粒径估值正确与否的判据.通过不同岩性的渗透系数-深度模型,实现了用平均粒径预测渗透系数的全过程.     

岩体裂隙等效水力隙宽的统计确定方法

针对天然裂隙岩体等效水力隙宽确定的复杂性,利用平行板水流的立方定律及流量等效原理,推导出光滑平行板单裂隙的等效水力隙宽公式,同时对隙宽分布的频率特性进行了探讨,认为非均匀隙宽单裂隙的等效水力隙宽可近似取40%频率的隙宽,或取隙宽的几何平均值与调和平均值的算术平均值.     

地下水与地表水水量交换识别及交换量计算——以新汴河宿州段为例

为提高地下水与地表水交换量计算结果的准确性,本文利用水力联系、水头差、水温、氡-222、氢氧稳定同位素构建综合识别方法(HHTRO),对新汴河宿州段地下水与地表水水量交换进行识别,并计算交换量。计算结果表明：研究河段单位河长地表水补给地下水的水量变化范围为8.69～366.82 m³/(d·m),地下水补给地表水的水量变化范围为0.72～120.90 m³/(d·m);研究河段左岸为地下水补给地表水,单位河长净补给量为45.26 m³/(d·m);河段右岸为地表水补给地下水,单位河长净补给量为214.33 m³/(d·m);研究河段地下水与地表水水量交换以地表水补给地下水为主,地表水补给地下水的比例为55.14%。本研究可推动地下水与地表水交换量计算方法的发展,为流域或区域水资源评价提供必要的理论方法。