基于透明土的钻井过程土体位移变形实验研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jxpyq
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
钻井(孔)工程在施工中易引起井(孔)壁坍塌、缩径等失稳破坏事故,同时受钻体影响而产生的地下土体变形对地下工程环境与自然环境的影响更为广泛。为了研究在钻井(孔)过程中土体的位移变形规律,本文使用透明土试验技术原理,采用熔融石英砂和矿物油配制出性质与天然砂体近似的透明土试样,根据钻井(孔)工程特点,简化了综合地质条件,利用自行设计制作的钻井(孔)模型系统获取了不同试验条件下的土体变形激光散斑图像。结合数字图像处理技术,采用PIV软件对土体变形情况进行了实时分析,据此对不同区域的土颗粒运移特点、土体位移场形态以及相对位移场阶段特点进行了研究,并对比分析了砂颗粒粒径、钻进压力、转速三个因素对土体变形的影响。本文获得的主要成果有:(1)根据试验观测了钻井(孔)过程中土颗粒的运移特点,并据此将土体变形区域划分为钻头影响区、钻杆影响区以及外围扩展区。在钻头影响区,土颗粒运移呈现三种状态:在钻头底面下方,土颗粒主要向斜向下移动,以压缩变形为主。在与钻头底面平行和底面上方,土颗粒主要沿着斜向上方移动。在钻杆影响区,土颗粒主要向斜上方运移。在外围扩展区,土颗粒运移形态有两种,一种是围绕钻头中心径向运移,与钻头影响区相似,另一种是以钻杆为对称轴向斜向上方运移,与钻杆影响区相似。(2)试验表明,受钻进参数以及工程地质条件影响,在钻井(孔)过程中存在着两种不同的土体位移场型式,即抛物线包络型位移场和整体柱状型位移场。抛物线包络型位移场特点表现为受钻体影响的土颗粒在位移过程中形成抛物线式的场形态,位移场影响范围较大。土体速度表现出层状的分布特点,在水平方向距离钻体中轴线越远,速度越小,在垂向方向深度越大速度越小,且垂向速度大于水平速度;整体柱状型位移场表现为垂向发展的柱状场形态,位移场影响范围较小,主要以钻杆影响区为主。在水平方向距离钻体中轴线越远,速度越小,垂向方向受柱状场形态影响,速度基本没有变化。(3)试验表明,在垂向方向上土体前后时刻的相对位移场发展可划分成两个阶段。在变形增加阶段,随着钻进深度增加,相对位移场逐渐增大,最终达到区域极大值。此后随着钻进深度增加,位移场区域将逐渐减小,进入变形减小阶段。增大阶段的深度范围略小于减小阶段,且位移场区域变化速率大致相同。(4)试验表明,颗粒粒径、钻压和转速对土体位移场形态和速度分布形式存在影响。随着颗粒粒径、钻压增大,土体位移场影响范围会减小,位移场形态从抛物线型向整体柱状型转变。随着转速增大,钻体影响区位移场会增大,土体运移速率会增加,在整体位移场影响范围不变的情况下,钻体影响区位移场所占面积比例逐渐扩大,位移场形态从整体柱状型向抛物线型转变。(5)对抛物线包络型位移场速度分布进行了描述和拟合分析,获得了该类变形区域的速度分布表达式。
其他文献
摘 要:随着社会的快速发展,人民生活的不断提高,环境与社会发展的矛盾也日益突出,人们赖以生存的环境在科技的不断发展的过程中遭到破环,给各种生物的生活产生了一系列的影响,于是乎环境保护问题出现在人们的视野中,并且受到各界人士的广泛关注。尤其是关于环境检测问题尤为突出。本文就关于环境监测社会化展开简要的调查探讨,以期对相关人事作参考。  关键词:社会监测组织;环境监督;社会化  中圖分类号:X830
学位
随着科学技术的发展,实时图像处理在多媒体、图像通信等领域有着越来越广泛的应用,同时对图像处理系统的小型化提出了更高的要求,并且成为未来的发展趋势。为了达到小型化、
随着油气勘探开发的不断深入,对地下构造研究的精度要求越来越高。在地震勘探中,由于工作量的限制及施工条件的影响等,常常使某些测线方向上地震记录的道间距较大。这就造成
随着气候变暖、资源危机、环境恶化、灾害频发等一系列全球问题的出现,使我们不得不立足于多源地学数据基础之上进行综合研究问题。这种综合研究就要求进行学科交叉渗透,以全局
掘进工作面是矿井突水事故多发位置,井下瞬变电磁法是进行掘进工作面超前探测的最有效方法之一。以往对井下瞬变电磁探测的理论研究都重点关注垂直分量,忽略了水平分量。然而
静校正是陆地地震资料常规处理流程中重要的步骤,解决好静校正问题具有重大的理论和实际意义。常规折射波静校正处理是建立在水平均匀层状介质假设前提下的,而实际的近地表情
随着能源供需矛盾的加剧和油藏开发的逐步深入,薄层砂岩油藏和低渗透油藏等复杂类型油藏逐步成为我国新增石油储量和产量的重要来源,尤其是在目前热点地区的环渤海湾滩海油田
遥感图像除云一直以来是国内外备受关注的热门话题和难点问题。随着卫星遥感技术的快速发展,遥感数字图像处理已成为一门新兴的技术科学。但因天气原因,在进行遥感图像处理与应
随着科学技术的发展,工程中所考虑的问题日趋复杂,结构的计算规模也不断扩大,仅仅依靠计算机硬件技术的提高还不能解决复杂工程的效率问题,这就要求开发一种高效的数值算法,既能减小问题的计算规模,降低计算成本,又能保证解的可靠性,从而能对大规模复杂结构进行快速计算。在此背景下,国内外学者开始关注和研究实时计算方法,并取得了诸多成果。本文对实时计算方法中的一种缩减基法进行研究,并将其应用于结构动力分析中。主