煤层气地质工程一体化平台的建设构想

钻井液流变性是钻井液流动和变形的特性,对于携带与悬浮岩屑、提高钻进速度至关重要,准确掌握钻井液流变参数是保证井眼清洁与高效钻进的前提。提出一种基于卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)的钻井液流变参数智能识别方法,通过磁力搅拌产生稳定的钻井液流动图像,利用多种数据增强方法增加图像数量并建立数据库,增强模型的鲁棒性和泛化能力。优化AlexNet卷积神经网络算法,构建钻井液流变参数识别模型。将数据库划分为训练集：验证集：测试集=7：2：1,对训练集进行迭代训练并通过验证集调整参数获得最佳拟合模型。此外,运用混淆矩阵、卷积核可视化技术和类激活技术(Gradient-weighted Class Activation Mapping,Grad-CAM)对模型进行多方位评估。结果表明：(1)钻井液流变参数识别模型对钻井液塑性黏度测试的宏精确率为95.2%,宏召回率为94.7%,宏F₁值为0.95。(2)对钻井液表观黏度测试的宏精确率为91.6%,宏召回率为91.5%,宏F₁值为0.90。(3)利用卷积核可视化技术和Grad-CAM对特征提取进行可视化处理,发现钻井液波纹形状和大小会影响模型流变参数识别准确度。(4)室内测试结果表明,该模型的测试误差为±2 mPa·s,在设计允许范围以内,具有较高的识别精确度和稳定性。所提出的钻井液流变参数实时智能识别方法可为安全、快速和准确地进行钻井液流变性测试提供智能化技术思路。

     

钻井液性能在线监测技术研究进展

近年来,国内外对钻井液性能自动检测技术的研究取得了长足进步。针对现有钻井液自动检测仪器成本高、结构复杂和工作环境受限等问题,研制了钻井液漏斗黏度和密度自动在线检测仪。使用可编程逻辑控制器、物联网模组、压力传感器、超声传感器、蠕动泥浆泵、电动球阀和隔膜泵等,搭建取浆模块、检测模块、清洗模块和控制模块,实现了对钻井液漏斗黏度和密度的自动检测、移动端设备数据查看和操作等功能。采用传感器数据融合和滤波算法等方法提高仪器精度和稳定性,对不同钻井液体系性能测试验证,漏斗黏度误差控制在±1 s,密度误差控制在±0.01 g/cm³,且可连续地对钻井液性能进行自动测试。室内测试和现场试验结果表明,该仪器具有操作方便、测试结果准确、可重复性高、人为测量误差小和节约人工等优点,能满足实际钻井施工过程中对钻井液性能检测的要求,具有较强的普适性和广泛的应用前景。

     

基础工程浆液资源化综合利用技术

地下连续墙、水平定向钻、盾构和顶管等领域的基础工程浆液具有用量大、污染物较为单一的特点。随着国家各项环保法规的实施,基础工程浆液的综合处理尤为重要。提出一种基础工程浆液资源化综合利用技术,即循环浆液采用“除砂+净化浆液与钻渣综合利用”技术,废弃浆液采用“除钙+降低pH+絮凝分离+压滤处理+废液与泥饼的综合利用”技术。以武汉市某地下连续墙工程现场浆液为研究对象,研究循环浆液和废弃浆液的资源化综合利用效果。结果表明：(1)循环浆液经过除砂后得到净化浆液和钻渣,前者可重新用于工程施工中,后者可用于培育披碱草、黑麦草等草籽,发芽率为100%。(2)加入5%的碳酸氢钠可将废弃浆液Ca²⁺质量浓度从703.5 mg/L降低至173.6 mg/L,加入质量分数为3.3%的氯化铵可将pH值从13降低至9,加入300 mg/L的絮凝剂A-2可得到明显的絮凝物。絮凝物经过压滤后得到废液和泥饼,在废液中加入质量分数为2%的碳酸氢钠后可用于重新配制工程浆液,泥饼与30%～60%的营养土混合后可进行草籽培育,发芽率为72%。(3)过量的盐离子和高pH会对植物生长产生毒害作用,应先对废弃浆液...     

钻井液水活度对页岩井壁稳定性影响的实验研究——以秀山龙马溪组页岩为例

通过压力传递实验,对秀山龙马溪组页岩进行了不同浓度和不同类型盐溶液影响下的渗流试验,确定不同水活度盐溶液对页岩渗流规律和井壁稳定影响机理。结果表明：（1）在相同浓度的盐溶液中,阻缓秀山龙马溪组页岩孔隙压力传递能力最强的盐类为HCOONa。（2）对于相同类型的盐溶液,最高的浓度并不总能具有最好阻缓能力。阻缓秀山龙马溪组页岩孔隙压力传递效果较好的前5种盐溶液是20% HCOONa、5% HCOONa、20% KCl、20% HCOOK和5% NaCl。（3）相对于人工压制页岩,在粘土矿物含量（20%）一致时,盐溶液贯穿龙马溪组页岩孔隙时间平均长90.11%,平均渗透率低99.14%。（4）在粘土矿物成分一致时,盐溶液在人工页岩中的渗流规律与龙马溪组页岩的一致性较好,但对于实际渗透率和渗流时间、表征系数与真实页岩相差大于90%。（5）针对龙马溪组页岩,提出了基于水活度的单位距离渗流时间模型,以及不同盐溶液的水活度-渗透率规律。研究成果可为适用于龙马溪组页岩钻进的水基钻井液体系遴选提供较好的理论和技术基础。     

维持页岩井壁稳定的物理封堵模拟和化学抑制实验研究

页岩气作为一种储量巨大的非常规能源,是实现现代多元能源体系的重要一环。本文采用HKY-3压力传递实验仪研究不同盐溶液对页岩井壁稳定的影响规律。此外,基于离散元颗粒流模型,重构纳米颗粒拖拽力,模拟流体粘度及颗粒粒径、浓度、形状对页岩孔隙封堵效率。结果表明：（1）物理封堵方面,颗粒大小和浓度明显影响封堵效率,当颗粒最大值小于孔隙出口时,颗粒粒径由出口尺寸的1/5增加到出口尺寸的1/3和1/2时,孔隙封堵效率分别增加13%和23%。（2）流体物性对页岩纳米孔隙的封堵效果表明,粘度5 mPa·s时纳米颗粒封堵效率比1 mPa·s时高16.26%。（3）化学抑制方面,阻滞页岩孔隙压力传递的最佳的盐溶液及其浓度为20%HCOONa。研究成果可为适用于龙马溪组页岩钻进的水基钻井液体系遴选提供理论和技术基础。