地层类型对水泥环的力学作用及影响

地层类型制约地应力对固井水泥环的力学作用方式,明确地层类型对水泥环应力和结构完整性的影响特征,是建立井筒完整性保障技术的基础。以蠕变、弹性、刚性地层为研究对象,建立套管—水泥环—地层固结体有限元力学模型,分析地层类型、施工项目等对水泥环界面应力的影响。结果表明:蠕变地层中,地应力增加,界面接触压力增大;弹性、刚性地层中,地应力对界面应力无影响。蠕变、弹性地层中,地层弹性模量对界面应力的影响与地层、应力类型有关;刚性地层中,地层弹性模量对界面应力无影响。弹性地层中,加载时,水泥环易发生周向拉伸破坏,危险部位为窄间隙内界面。套管试压施工时,存在水泥环拉伸破坏的危险,危险井段为井口及深部弹性地层井段;储气库井注气施工时,存在的主要危险为加载过程中弹性地层井段水泥环本体拉裂破坏。     

津巴布韦泥岩残积土的工程地质特性及其微观机制

津巴布韦泥岩残积土是一种性质特殊的风化土,系统地评价这类问题土的工程地质特性对于推动我国海外的工程建设具有重要指导意义。通过室内物理与力学试验,评价泥岩残积土的工程特性,并通过矿物组成、化学成分和微观结构论述其特殊性质的机理。结果表明,该土可定义为坚硬的非饱和黏性土,具有较弱膨胀性和较差的压实性;天然状态下,由于含有母岩残留的结构强度,表现出偏高的强度特征,但泡水后土的黏聚力明显减低,干湿循环作用也会导致内摩擦角的降低,但浸水过程不会出现明显的湿陷沉降;强烈的水敏性也导致该土浸水后产生强烈的泥化崩解,因此,雨季施工中应重点关注降雨引发的工程灾害。研究还表明,津巴布韦泥岩残积土的工程特性受控于土的物化成分与结构特性,该土的黏土矿物主要是伊利石-高岭石型,微观结构主要是含有高定向性的高岭石团与大裂隙的团粒结构,团粒间的铁质胶结是导致土的较高强度的根本原因。     

微生物胶结砂岩型铀矿砂的抗渗性能试验研究

地浸采铀产生的污染物通过渗透迁移作用威胁地下水资源,已成为制约地浸采铀技术发展的瓶颈,而微生物胶结技术能有效地降低砂岩铀矿的渗透性,是目前抑制污染物向采区周围地下水迁移的有效方法。因此,选用巴氏芽孢杆菌,分析其耐酸性;利用自行研制的砂岩型铀矿砂渗透系数试验装置,测得不同胶结液浓度、不同菌液与胶结液体积比以及不同注浆轮次条件下砂岩型铀矿砂的渗透系数,确定其最优的参数配比;采用扫描电镜（scanning election microscopy,简称 SEM）和X射线衍射光谱（X-ray diffraction,简称 XRD）等设备,表征微生物胶结前后铀矿砂的矿物成分及其微观结构,研究其微生物胶结抗渗机制。研究结果表明：巴氏芽孢杆菌在 pH = 4 时仍具有较好的繁殖能力和脲酶活性,能适应铀矿砂的酸性环境;在一定范围内增大胶结液浓度、菌液与胶结液的体积比可以促进碳酸钙的生成,最佳的胶结液浓度为 1 mol/L、菌液与胶结液体积比为1:3、注浆轮次为7时,注浆后铀矿砂的减渗率达到 95.33%;胶结后铀矿砂的渗透系数随注浆轮次的增加而降低,经过11轮注浆后铀矿砂的减渗率高达99.75%,渗透系数下降到 2.8×10⁻⁵ cm/s;沉积的碳酸钙晶型主要为方解石,方解石堵塞铀矿砂粒间孔隙,并将矿砂颗粒胶结成整体,是铀矿砂渗透系数降低的主要原因。微生物诱导碳酸钙沉淀胶结铀矿砂的抗渗机制为控制和减少地下水污染提供重要的理论指导。     

柴北缘西段鄂博梁构造带储层碳酸盐胶结物成因及其油气地质意义——来自碳、氧同位素的约束

碳酸盐胶结物是古流体活动的产物,蕴含着成岩环境、成岩流体演化等方面的有益地质信息。综合运用岩石学、矿物学和地球化学方法,对柴北缘西段鄂博梁构造带侏罗系、古近系、新近系储层中普遍存在的碳酸盐胶结物的成因机制进行了研究。结果表明,研究区碳酸盐胶结物以方解石和含铁方解石为主。鄂博梁I号构造主要见方解石,其碳、氧同位素分布范围较大:-13.47‰ <δ13C_PDB <2.54‰,-15.93‰ <δ18O_PDB <-4.74‰,成因多种多样,与有机质脱羧、同生-准同生、甲烷生成等作用有关;鄂博梁III号-鸭湖构造则主要见含铁方解石,其碳、氧同位素分布集中:-4.24‰ <δ13C_PDB <-1.99‰,-11.17‰ <δ18O_PDB <-9.41‰,为沉积压实水沉淀而成。碳酸盐胶结物的成因揭示了鄂博梁构造带无机-有机流体的活动信息,从而为该地区油气成藏研究提供了重要依据。     

砂岩储层中碳酸盐胶结物定量识别及对含油性影响——以准噶尔盆地车北地区新近系沙湾组为例

准噶尔盆地车排子地区北部新近系沙湾组砂岩储层中发育碳酸盐胶结物,该胶结物含量直接影响储层的含油性。为了定量识别碳酸盐胶结物,本文以岩芯常规分析数据为基础,利用图像分析软件进行微观薄片定量测量,弥补了岩芯常规分析数据的不足,发现车排子地区北部沙湾组砂岩中碳酸盐胶结物的含量(Y)与地层水中Ca~(2+)浓度(X)呈很好的正相关性(Y=0.0512·X~(0.7155)),相关系数达到0.93。利用地层水Ca~(2+)的浓度定量计算碳酸盐胶结物获得比较好的结果,解决了无实验分析井的碳酸盐胶结物含量求取的难题。对比分析碳酸盐胶结物数据和试油试采数据,发现碳酸盐胶结物含量≥20%的井基本不产油,碳酸盐胶结物含量20%的井产油性较好,表明碳酸盐胶结物控制车排子地区北部新近系沙湾组砂岩储层的含油性。     

珊瑚礁地层钻探取心技术研究及应用

人工吹填珊瑚岛礁地层结构比较特殊,以珊瑚砂和珊瑚碎屑为主,取心和成孔难度较大。以南海某岛礁地质钻探取心工程实践为例,针对地层岩性特点,采用一系列对应技术措施：上部松散或弱胶结砂砾层采取跟管钻进和无水干钻取心技术;礁灰岩全漏失地层设计了一套掏砂钻具进行掏砂,确保井眼干净;软硬互层采用超前侧喷钻头;粉砂质地层采取小口径钻具无水干钻取心技术等。该技术在18个钻孔实施中取得了良好的效果,可为后续珊瑚礁地层钻探取心提供借鉴。     

连续胶结声速理论胶结半径表达式的一般性推广及应用

针对Dvorkin 和Nur （1996） 提出的连续胶结声速理论（CCT）中的胶结半径表达式仅适用于孔隙式胶结疏松砂岩的局限性,通过胶结物与颗粒之间的空间几何关系,在胶结物中心厚度不为零的前提下,推导了胶结物胶结半径的一般表达式,并考察了胶结物中心厚度对疏松砂岩声波速度的影响,探讨了该表达式在基底式胶结疏松砂岩纵横波速度预测中的应用.结果表明：随胶结物中心厚度变大,纵、横波速度均减小,且孔隙度越大,胶结物含量越少,速度下降越快;孔隙度或胶结物含量不变时,纵横波速比随胶结物中心厚度的增大而增大;纵横波速比随孔隙度的变化规律与胶结物中心厚度有关,当胶结物中心厚度较小时,孔隙度增大,纵横波速比略微减小,而当胶结物中心厚度较大时,孔隙度的增大会引起纵横波速比略微增大;对于基底式胶结疏松砂岩,使用推广后表达式修正的CCT模型相对原CCT模型能够更好地预测其声波速度,同时发现,利用其纵横波速比无法预测由孔隙度或胶结物含量变化引起的疏松砂岩软硬的变化,但是在胶结物含量或孔隙度不变的情况下,纵横波速比可指示由胶结物中心厚度变化引起的疏松砂岩软硬的变化.     

青海湖湖滩岩的岩石学特征及其形成机制

以青海湖的湖滩岩为研究对象,通过显微镜观察、扫描电镜、矿物阴极发光性观察和电子探针等分析方法研究了湖滩岩的岩石学特征和形成机制.湖滩岩胶结物主要由暗色纹层和文石针组成,识别出五类胶结物晶体和三类胶结物组构.在暗色纹层中,有发现包覆式和缠绕式生长的微生物.微生物对泥晶方解石和黏土矿物起着生物稳定化作用(障积作用、捕获作用和粘结作用).微生物生长过程中的新陈代谢影响了碳酸盐的溶解度,从而导致产生碳酸盐矿物在微生物席内的丝状体之间或沿着丝状体的沉淀作用.从研究湖滩岩胶结物垂向上和横向上的变化规律入手,发现胶结物的类型和组构与水深、温度、盐度、水动力条件有一定关系.破浪带和碎浪带的水深、温度、盐度适宜,为微生物作用最强的水动力带.通过对青海湖湖滩岩中的微生物作用特征及其发育模式的研究,认为湖滩岩中胶结物的形成受到微生物作用的影响较大,从而支持了微生物作用对碎屑岩早期成岩具有重要意义的假设.     

胶结充填体压缩破坏前兆多参数表征

借助自主设计的由加载控制系统、应变采集系统、电阻同步采集系统以及红外成像系统等组成的多参数、同步监测系统,研究了充填体在单轴压缩过程中的应力-应变、电阻率以及温度变化规律,分析了充填体在破坏失稳应力-应变、电阻率以及热效应异常前兆特征,并对比了不同监测信息对同一事件破坏的敏感度和差异性。结果表明：充填体的电阻率和热红外信息时空演化进程与其压缩变形破坏整个过程基本相符,且具有明显的阶段性;在整个加载破坏过程中,观测到的电阻率前兆信息点要早于热红外前兆点、应力前兆点;与应力-应变、温度变化相比,电阻率变化规律具有明显的反对称性;电阻率变化规律能详细地表现充填体受压过程中每个阶段内部结构变化特征,而热红外信息则主要体现充填体塑性屈服前的表面结构温度演化特性。运用多参数评价充填体加载破坏前兆特征,能克服单纯考虑某一参数变化方法预警可信度低、错误率高的缺点。该方法是一种能全面、精准地掌握采场充填体稳定状态的有效方法。     

不同胶结情况下套管井偶极弯曲波的频散特征研究（英文）

在声波测井领域,交叉偶极声波测井主要用于测量地层横波,判断地层的各向异性和裂缝。本文基于套管井中的偶极弯曲波传播特性,针对水泥胶结良好、I界面窜槽和II界面窜槽三种胶结情况下的基阶地层弯曲波的声场特性,计算了弯曲波的频散曲线并考察了水泥参数（弹性参数和几何尺寸）对弯曲波频散曲线的影响,利用实轴积分法计算了常规水泥或超轻水泥固井情况下软地层套管井的偶极全波,并采用谱域加权相似法对全波进行了频散分析。结果表明：在软地层常规水泥胶结良好的套管井中,弯曲波的截止频率高于常规偶极源的激发频带,但采用超轻水泥固井时,截止频率会向低频移动,超轻水泥固井有利于在软地层中测得弯曲波。当I界面窜槽时,弯曲波的截止频率向低频移动,在软地层中比较明显,超轻水泥固井情况比常规水泥固井向低频移动更为显著。如果II界面窜槽,无论何种水泥固井弯曲波的截止频率均低于2k Hz。不同胶结情况下的全波分析进一步验证和说明了弯曲波的频散特性对套管井水泥胶结质量比较敏感。