含砂盐水对钻头钴基胎体材料冲蚀腐蚀磨损的试验研究

在海洋石油钻井中,经常采用海水钻井液作为循环冲洗介质,但海水钻井液具有较强的腐蚀性。为了研究海水钻井液对钻头钴基胎体材料的冲蚀腐蚀磨损作用,利用自制的冲蚀腐蚀磨损试验装置,采用含砂盐水,综合摩擦学和电化学腐蚀理论对钻头钴基胎体材料的冲蚀腐蚀磨损进行了研究。结果表明,钴基胎体材料总的损失量在一定温度条件下随着水中盐度从0.5%到3.5%增加而增大,或者在一定盐度条件下随着温度从25℃至50℃增高而增加。在高盐度下,当含砂量从550 mg/L降到150mg/L时,可测得总的质量损失量99%是由于电化学腐蚀及其相关腐蚀引起的。通过数据分析,还发现温度增高时,腐蚀速率增大,当温度以及固体颗粒含量同时增加时,腐蚀速率急剧增大。     

旋流除砂器结构试验及其应用

我队施工的矿区，第四系复盖层厚，泥浆砂侵严重，钻进砂层时，泥浆含砂量高达7％以上，严重破坏泥浆性能，必须采取机械除砂方法，来控制泥浆比重和含砂量。我队原自行加工的除砂器因结构不合理，除砂效果差，不能满足生产需要。为了选择较合     

考虑含砂量影响的砂-黏混合土应力-应变关系特性研究

将砂与黏土按不同比例干重量均匀混合制成砂-黏混合土,进行不排水三轴剪切试验,研究了含砂量和试验围压对混合土初始切线模量和应力-应变关系的影响,并对其作用机理进行了分析。研究结果表明:含砂量小于50%时,可以认为混合土初始切线模量与含砂量无关。含砂量大于50%小于80%时,初始切线模量随含砂量增加呈线性趋势增长。通过把含砂量参数引入到初始切线模量中对Duncan-Chang模型进行修正,使修正后的模型能够描述含砂量小于80%时混合土的应力-应变关系。当含砂量超过80%,混合土呈应变软化型,随含砂量的增加,初始切线模量逐渐保持稳定,应力-应变曲线峰值应变左移,可应用软化模型对其应力-应变关系进行描述。围压对混合土应力-应变关系有很大影响,在双对数坐标中,随试验围压的增大,初始切线模量呈线性趋势增长。     

含砂量对水泥土强度影响的试验研究

天然软土尤其三角洲地区的淤泥或淤泥质黏土常含砂,以含细砂或粉细砂为主,系统研究水泥土强度与含砂量的关系,为水泥土性能改良、强度设计及水泥土搅拌法施工提供直接依据。选取珠江三角洲两处典型的淤泥、淤泥质黏土,按天然含水率配制试验用土,掺加不同含量的细砂制成含砂水泥土试件,养护到不同龄期,对其进行无侧限抗压强度试验,得到了水泥土强度与含砂量及其他关联影响因素关系的变化规律。主要结论是：细砂颗粒在水泥土中起到了细骨料的作用,有利于提高水泥土强度;考虑水泥土的含砂量、水土质量比、水泥掺入比和实际水灰比等因素,得到了含砂淤泥水泥土强度估算公式;在不含砂淤泥水泥土中掺入2 %干细砂时其强度约提高25 %,掺入15 %~25 %干细砂则可提高40 %~60 %。     

复配聚合物钻井液在煤田勘探中的应用

聚丙烯酰胺钻进液虽具有失水量低，流变性能好的优点，但对浓度比较敏感，并且遇水敏性地层时，絮凝效果差，在添加稀释剂时，易失去不分散低固相钻井液的特性。针对上述问题，开发出低固相钻井液体系：水解聚丙烯腈胺使用浓度0．3％～0．4％，防塌效果好；聚丙烯酸钾，加量0．05％～0．1％，能够有效抑制泥页岩分散；硝基磺化腐植酸钾，加量1％～3％，具有较好的稳定性，抑制泥页岩水化膨胀。     

厦门砂土的动力特性研究

为了探讨厦门砂土的动力特性,对厦门金秋豪园场地的中粗砂和细粉砂做了一系列振动三轴试验,并对同一场地的含泥中砂做了4个共振柱试验。根据试验结果,确定了中粗砂与细粉砂的液化曲线和动本构关系,提出了相应的动孔压模型,得到了含泥中砂在小应变条件下动剪切模量和阻尼比的变化规律。     

钻井液性能对火山碎屑岩崩解性的影响——以青海阿克楚克塞矿区火山碎屑岩为例

为解决火山碎屑岩在钻进中易剥落、易崩塌的问题,探讨钻井液性能对火山碎屑岩崩解性的影响,以青海阿克楚克塞矿区火山碎屑岩为例,分析了其岩石样品的矿物成分,进行了岩石样品烘干和浸水循环实验,采用多元线性回归分析法分析了原1^#、2^#钻井液的主要参数和耐崩解性指数之间的关系。结果表明,钻井液的动塑比、静切力、失水量和漏斗黏度4项性能指标与火山碎屑岩崩解性的相关性可达83.37%,其中动塑比对火山碎屑岩崩解性的影响尤为显著。通过调整水解聚丙烯酰胺和褐煤树脂质量分数提高了钻井液的动塑比和稳定性,从而获得优选钻井液配方：水+4%膨润土+3% Na₂CO₃+0.1% NaOH+0.15% MV-CMC（中黏钠羧甲基纤维素）+0.5% LV-CMC（低黏钠羧甲基纤维素）+2% SPNH（褐煤树脂）+0.08% PHP（水解聚丙烯酰胺）。现场应用表明,钻进至429.00 m深度时使用优选钻井液孔底沉渣厚度较1^#钻井液降低了89.7%,较2^#钻井液降低了80.3%。     

砂土与EPS颗粒混合的轻质土的动剪切模量衰减特性分析

动荷载下砂土与EPS颗粒混合的轻质土（LSES）的割线剪切模量Gsec随着剪应变的累积会发生衰减，基于不同水泥掺量和EPS含量的LSES试样的动三轴试验结果，建立了与围压、剪应变、水泥掺量等因素相关的Gsec的经验衰减模型。通过比较发现，LSES与砂及胶结砂的Gsec衰减模型具有一定相似性，即Gsec与yd呈双曲线关系，与σc为指数关系。此外，由于水泥胶结的约束作用，Gsec对σc的依存度随水泥掺量的增加而减小，这种依存程度通过参数n反映出来，但当水泥掺量达到10％时n随其的变化就不明显了，这是因为胶结强度已经增大到使得LSES中颗粒间的相对位置不易发生错动的程度。     

纳米氧化物颗粒对水基钻井液润滑性能影响的试验研究

通过在水基钻井液中添加纳米氧化物颗粒,来改善其润滑性能。选用了Al2O3、TiO2及SiO2三种纳米氧化物颗粒作为钻井液改性添加剂,利用极压润滑仪及销盘摩擦磨损实验仪研究了添加不同种类和浓度纳米颗粒氧化物对水基钻井液的润滑性能及减摩效果的影响。结果表明,所添加的3种球形纳米颗粒均有润滑减阻减摩的效果,其中SiO2颗粒的钻井液的润滑性能、滤失性能以及减摩效果都是最好的。当纳米SiO2颗粒加量为0.4%时,滤失量最小,润滑系数降低率达到15.6%,摩擦系数降低率为32.0%,磨痕轨迹平滑,减摩效果最为明显。当纳米颗粒浓度超过0.5%时,减摩效果降低,磨盘脱层磨损明显。     

砂土混合材料导热性能的试验研究

基于平板探针原理,研究了砂和膨润土及其与水泥混合材料的导热性能,对其中各种物质组成情况、时间以及不同温度对导热性能的影响进行了详细分析,得到了导热系数随各种影响因素而变化的曲线。试验结果表明：膨润土单独与水的混合材料导热性能比较差,应与水泥、砂混合。混合材料的导热系数随水灰比（w/c）的减小而增加;加入大颗粒的骨料对于提高导热系数是有效的,即在混合材料中增加含砂量可以使导热系数往往呈增长趋势。     

Rheological characteristics of mixed kaolin–sand slurry,impacts of pH,temperature, solid concentration and kaolin–sand mixing ratio

Significant amount of slurry waste is produced from mineral processing plants globally constituting high levels of both kaolin and sand in aqueous suspension. Large quantities of slurry and mine tailings require efficient handling, transportation and storage system. The transportation and treatment of kaolin–sand slurry is dependent on its rheological behaviour which is a function of temperature, total solid concentration and pH. In this study, the effects of total solid concentration, pH and temperature on rheological behaviour of kaolin–sand mixture were investigated. These parameters were varied to analyse the viscosity, yield stress, flow index and shear force requirements of the mixed kaolin–sand suspension as a function of these varying parameters. Experimental rheological investigation conducted on rotational stress-controlled rheometer equipped with Peltier concentric cylinder system showed that the kaolin–sand mixture suspension is shear thickening in nature. The shear stress-rate rheograms for the kaolin–sand suspension can be modelled by the Herschel–Bulkley model with high levels of accuracy for pH range of 4–11, temperature range of 20–50 °C and solid concentration of 5–50 %. Solid concentration of the suspension was found to significantly affect the rheological behaviour of the mixture where higher kaolin–sand slurry concentration resulted in greater viscosity and the trend becoming less predictable for solid concentration greater than 50 % by weight. pH was another factor affecting the rheological behaviour of kaolin–sand slurry. pH of 3 or less resulted in the dramatic increase of viscosity of the suspension possibly due to the isoelectric point of the mixture system found between pH of 3 and 4.     

Triaxial tests on the fluidic behavior of post-liquefaction sand

Liquefaction-induced ground deformation is a major cause of structural damage during earthquakes. However, a better understanding of seismic liquefaction is needed to improve earthquake hazard analyses and mitigate structural damage. In this paper, a dynamic triaxial test apparatus was employed to investigate the fluidic characteristics of post-liquefaction sand. The specimens were vibrated to the point of liquefaction by dynamic loading, and then the liquefied sand was further sheared by triaxial compression in an undrained manner. It was found that a non-Newtonian fluid model can accurately describe the shear stress and the shear strain rate of post-liquefaction sand during undrained triaxial compression. The apparent viscosity, a major parameter in a constitutive model of a non-Newtonian fluid, decreases with an increase in the shear strain rate.     

动扭剪试验中砂土液化后流动特性分析

土体在初始液化后仍然可能承受动荷载作用发生大变形。引入流体力学中的剪应变率和表观黏度的概念,对振动扭剪试验中饱和砂土液化后的流动特性进行了分析。分析中将砂土的状态分为0有效应力状态和非0有效应力状态。结果表明,砂土在0有效应力状态下表现出与静扭剪试验类似的“剪切稀化”非牛顿流体的特征,表观黏度随着剪应变率的增大而减小。加载周数对“剪切稀化”状态下的剪应变率幅值有影响,随着加载周数的增加,剪应变率幅值逐渐增大,而对流动曲线的形状没有影响。在非0有效应力状态下,砂土的表观黏度随应变的增大而增大,随孔压比的减小而增大,且所有的试验得到的表观黏度与孔压比具有一致关系。     

煤矿井下定向钻进防塌乳液研究

治理煤矿瓦斯最有效的办法是通过钻孔对其进行抽采。以聚丙烯酸酯（PCM）、三醋酸纤维素（TCA）为单体,采用反相乳液聚合法合成了MZ-1乳液。通过室内实验评价其流变性能、防塌护壁性能及抗煤粉污染能力,并在冀中能源东庞煤矿三水平通风绕道2号钻场9号钻孔进行了现场试验,结果表明:MZ-1乳液配制的冲洗液具有良好的流变性,较低浓度条件下具有较高的黏度和切力;防塌护壁能力也较国外进口的A乳液、B乳液、植物胶及PHP强;具有较强的抗煤粉污染能力,在煤粉体积分数达到10%时,仍然具有较好的流变性。      

强封堵油基钻井液体系的研究和应用

基于页岩气井水平段易失稳,油基钻井液漏失将会造成巨大的经济损失,因此水平段对油基钻井液体系的性能要求越来越高。针对以上问题,通过正交试验研制了一种新型的强封堵油基钻井液体系,室内试验证明该体系具有良好的抗污染性、乳化稳定性、失水量低、流变性好、粘度和切力适中。焦页195-1HF井的现场应用和与邻井焦页200-1HF井等数口井的对比,强封堵油基钻井液体系的应用大大降低了漏失风险和漏失成本,节省了11 d的工期,在页岩气开采中具有良好的应用前景。     

冰钻电动机械钻具孔内升降运动特性试验研究

根据冰层钻进特点,从钻孔水力学角度出发,分析测试了钻具的质量、长度与钻井液的粘度、密度等因素对钻具下降速度特性的影响规律。通过对4种长度、不同质量的钻具在2种酯类钻井液中下落过程的测试,得出了钻具的下落速度与钻具的长度呈反比,与钻具的质量呈正比,且钻具的下落速度随钻井液的粘度和密度的增大而减小。钻具下落的加速运动时间主要与钻井液的粘度、密度及钻井液在钻具表面流动时的剪切速率有关。     

煤层气钻孔化学堵漏浆液的配制与试验

为解决山西某矿区煤层气钻孔漏失问题,选择合适的堵漏浆液。基于正交试验的设计方法,以低水解聚丙烯酰胺（PHP）、801堵漏剂、水玻璃和植物胶为堵漏材料制成堵漏浆液,测试了堵漏浆液的相对密度、失水量、塑性黏度、表观黏度、和动切力等指标,并采用极差法与方差法分析了各材料（因素）的显著性。研究表明:塑性黏度、表观黏度受PHP的影响最大,水玻璃对失水量影响最大,801堵漏剂对动切力影响最大。以较大的黏度和动切力及较低的失水量为评价依据,确定了堵漏浆液的最优配方。建立了最优配方堵漏浆液的流变方程,模拟试验测定堵漏浆液的堵漏性能,并通过4个煤层气钻孔工程实践验证了堵漏浆液的堵漏功效。      

低固相高润滑双聚钻井液体系在地热井施工中的应用

在河南省兰考地区地热井施工中,二开井段深度超过1500 m,采用普通膨润土钻井液体系无法满足地热井施工及对含水层保护的要求,且容易造成卡钻事故。为了解决生产实际问题,研究设计了一种地热井施工用低固相高润滑双聚钻井液体系,通过现场4口井中的应用,钻井过程顺利,有效解决了井眼携砂能力不强、泥岩地层井壁不稳定、砂岩地层失水量大、泥皮厚等问题,4口井均未发生任何井下复杂情况和事故,说明该钻井液体系对兰考地区地层的适应性较好,能够满足该地区钻井工程的需要,对兰考地区地热井施工具有很好的指导意义。     

A hypoplastic constitutive model for debris materials

Debris flow is a very common and destructive natural hazard in mountainous regions. Pore water pressure is the major triggering factor in the initiation of debris flow. Excessive pore water pressure is also observed during the runout and deposition of debris flow. Debris materials are normally treated as solid particle–viscous fluid mixture in the constitutive modeling. A suitable constitutive model which can capture the solid-like and fluid-like behavior of solid–fluid mixture should have the capability to describe the developing of pore water pressure (or effective stresses) in the initiation stage and determine the residual effective stresses exactly. In this paper, a constitutive model of debris materials is developed based on a framework where a static portion for the frictional behavior and a dynamic portion for the viscous behavior are combined. The frictional behavior is described by a hypoplastic model with critical state for granular materials. The model performance is demonstrated by simulating undrained simple shear tests of saturated sand, which are particularly relevant for the initiation of debris flows. The partial and full liquefaction of saturated granular material under undrained condition is reproduced by the hypoplastic model. The viscous behavior is described by the tensor form of a modified Bagnold’s theory for solid–fluid suspension, in which the drag force of the interstitial fluid and the particle collisions are considered. The complete model by combining the static and dynamic parts is used to simulate two annular shear tests. The predicted residual strength in the quasi-static stage combined with the stresses in the flowing stage agrees well with the experimental data. The non-quadratic dependence between the stresses and the shear rate in the slow shear stage for the relatively dense specimens is captured.