钻进过程中井壁稳定性动态分析

现有的井壁稳定研究大多都属于静态的研究，并且将岩石近似为力学性质恒定的各向同性体，所得出的结论相对于钻井工作这一动态过程中所出现的真实情况会产生一定的误差。根据Mohr-Coulomb强度准则推导出的钻井液安全密度窗口计算公式，得到了适用的钻井液密度安全范围，然后利用有限元分析中的单元生死技术，模拟了钻井工程中井眼延伸和钻井液向地层渗透进而形成泥饼和污染带的过程，并将模拟得出的结果与理论计算出的钻井液安全密度窗口相结合，研究了在动态条件下更符合真实钻井过程的井壁应力变化规律。     

聚胺与氯化钾抑制性的对比实验研究

近年来开发出的聚胺水基钻井液,被认为是最接近逆乳化钻井液性能的高性能水基钻井液。新型聚胺强页岩抑制剂也因其分子结构独特、抑制性能突出越来越受到人们重视。通过抑制膨润土造浆实验、屈曲硬度实验、页岩滚动分散实验、耐崩散实验、页岩膨胀实验以及X 射线衍射粘土层间距分析等实验手段,对比评价了聚胺强页岩抑制剂与传统常用抑制剂氯化钾的抑制性。结果表明,与氯化钾相比,聚胺抑制性能优异,能有效抑制粘土水化分散,在加量较少时即能发挥长期抑制作用,且具有较好的抗温性能。配伍性实验表明,聚胺与膨润土及常用处理剂具有较好的配伍性。以SDA 为主要水化抑制剂构建了聚胺水基钻井液,实验评价表明,该体系具有优良的抗盐、抗钙和抗劣土污染性能。此外,对聚胺的抑制机理进行了探讨分析。     

一种新型正电胶(Y-1)的研制

通过结晶氯化铝加热并水化合成一种新型正电胶Y-1,其生产工艺简单,产品的回收率高,生产成本和原料成本比现有的正电胶生产工艺低。性能测试表明:该正电胶与其它处理剂的配伍性好,在各种钻井液体系中加入Y-1后,钻井液的流变性、抑制性、抗膏盐污染能力等多项指标均优于用现有正电胶配制的钻井液体系,加有该正电胶的钻井液体系的动切应力高、动塑比值高、塑性粘度低、水眼粘度低、卡森切力及剪切稀释指数高、初终切力高且相近等,其正电胶特性比现有的产品更为突出;由该正电胶组成的钻井液体系能抗2%石膏、10%氯化钠的复合盐污染,至少能抗140℃以上的高温,且页岩回收率大于90%,由此说明该正电胶是一种优良的钻井液添加剂。     

硅酸盐钻井液稳定井壁机理分析

以硅酸钾或硅酸钠为主要处理剂的硅酸盐钻井液体系近年来应用较多,该类体系具有很强的稳定井壁能力和环境相容性,其稳定井壁机理不同于其它常用水基泥浆体系。文中在介绍该类泥浆体系及应用情况基础上详细分析了其稳定井壁机理,认为有四个方面:①快速在近井壁堵塞孔隙和微缝,阻止滤液进入地层,减少压力穿透;②抑制页岩中粘土矿物水化;③硅酸盐和粘土矿物发生反应;④其它无机盐的协同稳定作用。     

泥包对破岩效率影响的PDC 单齿切削模型研究

PDC 钻头泥页岩地层钻进易发生泥包，严重影响机械钻速。钻进性能的变化归根结底源于切削齿与地层的 相互作用，但是目前建立的单齿切削模型考虑的因素不全面，并不适用于钻头发生泥包的情况。建立了PDC 钻头分 别发生切削齿泥包和钻头整体泥包时的单齿切削模型，模型全面考虑了围压、切削齿倒角面、切削齿后底面、岩屑破碎 带等因素，通过实例计算、利用前人实验数据验证了模型计算结果的可靠性。最后利用模型量化分析了泥包对破岩效 率的影响规律，结果发现切削齿泥包和钻头泥包均严重影响破岩效率，且后者影响程度更大；切削齿泥包中，围压和 “泥包团”长度对破岩效率影响显著，破岩效率均随两者的增大而减小；钻头泥包中，泥包面积对破岩效率影响显著， 破岩效率随泥包面积的增大而减小。     

管内压力变化速率对套管强度的影响规律研究

对某油田 3 口典型井遇阻井段的综合情况进行分析， 发现这 3 口井出现的套管强度问题都有一个共同的特点， 即在钻完盐膏层并固井以后， 如下部地层为稳定地层就需要降低钻井液密度， 当密度下降到一个值后， 套管出现弹性变形， 造成钻头难以通过， 因此， 套管内钻井液密度的下降过程也将对套管变形产生影响。通过建立管内压力变化速率对套管应力影响的有限元分析模型， 并对其进行分析研究， 结果表明： 当压力变化速率越快时， 套管代表单元上的应力增大速率也越快， 且最大值也越大； 降低管内压力变化速率可以有效降低套管中的应力值， 也即延长密度置换时间有利于套管抗挤， 防止套管变形。     

鄂尔多斯盆地东缘上古生界页岩特征及含气量

鄂尔多斯盆地上古生界石炭二叠系海陆过渡相泥页岩发育,前人对盆地内上古生界泥页岩已做了多项研 究,而盆地东缘钻井资料较少,研究程度较低。为了弄清盆地东缘泥页岩的特征及含气性,通过野外实测剖面台头剖 面的沉积、地化、岩性、物性等参数并结合等温吸附、核磁共振实验结果,对盆地东缘泥页岩进行分析。研究认为：盆 地东缘上古生界以太原组发育的泥页岩最佳,厚度25 m 左右,有机质丰度较高,处于产气态烃阶段,泥页岩中非膨胀 性黏土含量较高,裂缝/微裂缝发育程度较均匀;同时提出了应用深度和有机碳含量计算吸附气量的公式并通过计算有 效孔隙度提高了计算游离气量的精度。经鄂尔多斯盆内钻井榆88 井的相关数据验证,文中方法所计算的含气量更符 合实际情况,且简单实用。     

井壁稳定性分析在靖边气田水平井钻井设计中的应用简

井壁稳定性问题（即井壁坍塌破裂）会引起系列严重的井下卡钻井漏等事故。靖边气田在钻井过程中,钻遇的地层当中存在多煤层,井壁稳定性问题十分突出,在该地区水平井钻井设计当中进行井壁稳定性分析有着重要的意义。分析了井壁围岩应力分布规律并建立地层坍塌（破裂）压力计算模式,根据库仑-摩尔强度准则和最大拉应力破裂准则,计算井壁坍塌（破裂）压力与钻井液安全密度窗口。通过实验研究分析煤层坍塌压力和破裂压力随井斜角、方位角变化规律,提出合理的方位角优选方案,指导水平井钻井方案设计。     

准噶尔盆地下侏罗统页岩气形成条件

准噶尔盆地是中国西部的大型含油气盆地之一,沉积了多套烃源岩层,其中,侏罗系是盆地最重要的气源岩, 蕴含巨大的页岩气资源。通过钻井、录井、露头、岩芯资料及样品分析结果,从泥页岩的展布及埋藏条件、有机地球化 学特征、储层条件和含气特征几方面,研究下侏罗统页岩气的形成条件并对页岩气有利的勘探层位和区带进行了预 测。准噶尔盆地下侏罗统泥页岩广泛发育,以盆地西北缘及南缘沉积厚度最大;埋藏深度1 000～9 000 m,整体上具有 自北向南逐渐增加趋势;泥页岩有机碳含量较高,有机质类型以III 和II2 为主,具有倾气特征,有机质演化处于未成 熟高成熟阶段。泥页岩储层具有孔隙度低、黏土含量高的特点,储集空间以微裂缝为主。实验测得下侏罗统泥页岩 平均吸附含气量为1.42 m3/t。泥页岩段气测显示活跃,通过现场解吸试验证实了泥页岩中有天然气赋存。综合对比研 究认为,准噶尔盆地下侏罗统八道湾组为页岩气最有利的勘探层位,达巴松中拐地区为页岩气勘探最有利目标区。     

深井钻井的压力平衡研究

深井钻井具有高温高压及地层压力和地层破裂压力间安全钻井液密度窗口极为狭窄的特点,这为在深井钻井过程中保持井眼系统的压力平衡提出了更高的要求。为此,针对深井钻井的特点,运用流变学、传热学和物质平衡的基本原理,建立钻井液循环和静止状况下的钻井液温度分布模式及高温高压密度模式和高温高压流变模式,应用这些模式和地层流体的PVT特性对一些实钻深井的溢流现象进行分析。结果表明,井眼水力系统流体热力学模型对深井、超深井的压力平衡控制至关重要。     

潞宁3#煤层自然发火指标气体分析与选择

本文通过对潞宁煤业3#煤层新鲜煤样进行实验室煤升温氧化实验，测定了其在不同热解温度下各种气体组分的发生量，分析了H2、CO、C02、CH4、C2H4、C2H6等气体浓度随温度变化特性，得出了H2、CO、C2H4、C2H4／C2H6随温度变化的规律，选择出适合潞宁煤业3#层自然发火指标气体，为潞宁3#煤层自然发火火灾预测预报提供实验依据。     

一种应力敏感油气藏流固耦合的简化模拟方法

数值模拟中通常采用流固耦合的方式来模拟应力敏感现象。但是，流固耦合需要大量的数据以及计算时间。利用多孔介质弹性理论和双重有效应力理论，得到地层压力与地层平均应力的关系，并把实验室测量数据转换到地层条件下，并将这种关系应用到数值模拟中。结果表明，渗透率的变化并不明显；考虑渗透率随压力变化时的稳产时间和累计产量均比未考虑时有降低，其降低幅度比较小；提出的简化模拟方法与流固耦合模拟结果差别不大。      

亚粘土邓肯—张模型参数试验研究

邓肯－张模型是描述土体应力－应变关系的一种力学模型，它能够模拟土体发生屈服以后非线性变形的性状，但是忽略了应力路径等因素影响，即假设应力与应变是沿着一条曲线变化的。通过常规三轴试验获得了北京地区亚粘土的邓肯－张模型参数。     

固井水泥浆水化凝结过程中的温度变化

引用水泥水化热数据建立了水泥浆水化热模型,将具有一定厚度的井眼环状地层划分成轴对称三角环单元,应用热传导问题的有限元法和时域问题的有限差分法,编制了相应软件,实现了水泥浆水化凝结过程中的温度计算和预测。通过对计算结果分析得出:固井水泥浆凝结期间温度变化可划分为三个阶段;影响温度变化的主要因素是地层岩石的热学性质、地层温度、初始温度与单位体积水泥浆量。利用这一方法可以进行注水泥结束之后水泥浆固化过程中各点温度的估算;对固井设计中,温度变化影响套管柱性能、水泥凝结过程中及凝结后性能的大小,有一定的参考价值。     

湿式离合器对偶钢片力学响应特性分析

为研究湿式离合器接合过程中对偶钢片力学响应特性,考虑摩擦副温度场、变形场和流场之间的相互作用,运用Abaqus与STAR-CCM+协同仿真,建立摩擦副三维热流固耦合有限元模型,分析对偶钢片的接触压力特性和应力应变特性。结果表明:对偶钢片最大接触压力出现在盘面中径处,并且位于摩擦副中间位置的对偶钢片接触特性较差、接触压力扰动大;对偶钢片周向应力远大于其余各向应力,周向应力沿周向分布均匀,沿径向先增大后减小,随时间逐渐增大,并且位于摩擦副中间位置的对偶钢片周向应力较大;对偶钢片正应变远大于剪应变,其热应变大于弹性应变,表面温度变化对对偶钢片的变形影响较大。     

岩体变形参数的应力状态效应研究

岩体力学参数存在随应力状态不同而变化的特性，称为应力状态效应。岩体力学特性的实测值具有空间场分布特征，分析表明地应力（或围压）的有规律变化是造成岩体力学参数空间变化的主要原因。考虑到实测地应力多具有较大的离散型，尝试利用反演方法获取地应力场信息，通过多元回归分析得到实测岩体变形参数与地应力的经验关系，以研究岩体变形参数的应力状态效应。通过一工程实例研究：得到地下厂房区域的岩体变形模量为16 GPa左右，与反演分析结果也比较符合；通过应力状态效应研究得到的岩体变形参数物理场，是一个渐变的物理场模型，是更为符     

改性硅酸盐水泥的水化历程研究

将磷铝酸盐水泥熟料（简称：PALC）掺入硅酸盐水泥（简称：PC）对其进行改性，研究了不同磷铝酸盐水泥熟料掺量对改性硅酸盐水泥力学性能和水化历程的影响。研究结果表明，适宜的磷铝酸盐水泥熟料掺量（外掺3％）可以加速改性硅酸盐水泥的水化，提高其早期和后期强度；但掺量过多，由于磷铝酸盐水泥水化较快，产生的水化产物较致密，这些致密的水化产物包裹在C3S、C2S等水泥颗粒的外层，阻止了其进一步的水化，使改性水泥出现一个持续时间较长的第二诱导期，从而使表现出较慢的水化速率和较低的早期强度。     

刚性圆柱形平压头作用下的梯度夹层界面应力场

本文主要研究均匀涂层-功能梯度材料界面层-均匀半空间三层结构模型中均匀涂层与功能梯度材料层之间界面处的无摩擦轴对称接触问题的界面应力场。文中建立三层结构的理论计算模型,利用积分变换技术将数学模型转化为奇异积分方程,得到梯度材料夹层轴对称接触问题的表面位移解,再通过数值方法,得到梯度材料夹层的界面应力场。文中分析讨论了刚性圆柱形平压头作用下的均匀涂层与梯度材料夹层界面处的应力分布情况,探讨了剪切弹性模量比值、接触半径对界面处正应力、剪切应力分布的影响。研究表明,剪切弹性模量比值对界面处应力均产生重要的影响,随着剪切弹性模量比值的递增,界面层正应力呈递减趋势,而界面层剪切应力呈递增趋势,且接触半径的不同,也会改变影响的幅度。调整剪切弹性模量,是实现抑制裂纹萌生的一种有效途径。此外,作者主要从事新型功能材料接触力学的研究工作。     

抗温抗盐聚合物降滤失剂的研制及其作用机制

针对当前国内外超高温水基钻井液滤失性及高温稳定性调控难点，新研制出抗240 ℃高温、抗盐聚合物降滤失剂HTP–1。热重分析表明，HTP–1 分子链热解温度达320 ℃以上，热稳定性强；在各种钻井液基浆中的降滤失作用评价结果表明，HTP–1 在钻井液中具有优异的抗高温（240 ℃）抗盐（饱和）、抗钙（0.5%）降滤失作用，优于国内外同类产品。通过吸附实验、粒度分布测量、胶体稳定性测试和泥饼压缩性测试等手段，探讨了HTP–1 的降滤失作用机理：（1）在粘土颗粒上的吸附量大且吸附牢固，受矿化度、pH 值和温度的影响小；（2）老化（240 ℃/16 h）前后均能明显改善泥饼可压缩性，降低其渗透率；（3）增强钻井液体系的胶体稳定性，改善其中的颗粒粒径级配。     

装配式弦支混凝土组合楼盖施工过程力学性能试验研究

针对弦支混凝土集成楼盖装配化程度低、施工繁琐等问题，提出了装配式弦支混凝土组合楼盖。为研究其施工阶段力学性能，对组合楼盖的拉索进行分级张拉试验，分析了组合楼盖在各级张拉完成后撑杆的竖向位移变化以及叠合板肋梁和板间连接件应力变化，并采用Midas/gen软件模拟组合楼盖施工阶段。研究结果表明，在整个张拉施工阶段，H型短钢连接件作为主要受力连接构件，所有连接件应力均在弹性范围内变化；叠合板的肋梁应力变化较小；直到张拉完成后，跨中竖向位移达到最大跨度的1/600;试验分析结果与有限元分析结果基本一致，说明采用有限元分析方法可以较好地模拟试验中连接件和肋梁的应力变化以及撑杆位移变化规律。