摘要：深层地热能是一种分布广、资源量大具有发展前景的可再生新能源,当前的主要开采方法有增强型地热系统(EGS)、环绕式井筒换热系统(AGS)、断层带流体循环开采和同轴套管开采法,但存在采热功率不稳定、地震风险高和采热效率低等难题。针对当前深层地热开采技术面临的瓶颈问题,本文以开采过程只有能量交换而没有物质交换为原则,以深层干热岩地热规模化可持续稳定开发为目标,提出了深层地热能丛式多分支U型井采热方法(UMW-DGS)及关键技术,在此基础上建立了井筒轴对称热传导模型,以青海共和盆地恰卜恰深部干热岩储层为背景,提出了高温高压岩石热导率测试新方法,计算了在定井径条件下井周温度场和采热功率的时空演化规律,分析了温度差、热导率和井径等3个敏感因素对采热功率的影响。此外,针对UMW-DGS定解问题,研发了基于有限体积法(FVM)的三维热流固耦合数值算法,研究了UMW-DGS单水平井段换热效率和在不同泵注量条件下温度场时空演化。通过分析不同流量的有效换热量、换热时长和功率发现:泵注流量的增加会导致有效换热能量和有效换热时长的降低,并且使有效换热功率先增加后减少。研究结果表明,深层地热能开发需要在平衡换热温度和功率的条件下设计注入排量,从而得到最优的换热效果。

摘要：页岩储层岩体结构复杂,天然裂缝网络发育,储层压裂改造过程中大量天然裂缝激活,形成复杂的水力裂缝网络,大幅增加储层渗流能力。因此,储层压裂改造技术是实现页岩油气商业开发的关键技术之一。页岩储层压裂涉及到多个物理过程的相互作用及大量裂缝的动态拓展,是一个典型的流固耦合力学问题。其中:数值模拟是研究压裂裂缝扩展机制、缝网动态演化过程及压裂优化设计的重要手段之一,是近些年油气开发领域的研究热点。针对该问题,本文首先分析了页岩储层压裂的特点及主要流固耦合力学过程,并对主流数值模拟方法的特点进行了总结;其次,从复杂压裂缝网动态演化模拟和储层尺度压裂模拟两个角度对近些年取得的主要进展进行了总结;最后,依据压裂模拟的研究现状及实际工程需求,对页岩储层压裂数值模拟的发展趋势进行了展望。

摘要：水力压裂技术可有效实现页岩储层的压裂改造,提高储层渗透性,增加页岩油气的产量。与传统的水基压裂液相比,超临界二氧化碳作为一种无水压裂液,能有效保护储层,防止黏土等水敏性物质的损害,在我国广泛分布的陆相页岩储层压裂改造时可发挥重要作用。为研究陆相沉积页岩在超临界二氧化碳压裂液作用下的破裂特征和渗透率增加机制,本研究以鄂尔多斯盆地延长组页岩为研究对象,开展地应力模拟条件下的页岩在不同流速下的超临界二氧化碳压裂试验,并基于CT扫描重构技术,获取压裂后陆相沉积页岩三维裂缝的分布、裂缝体积及裂缝宽度等特点。研究表明:随着超临界二氧化碳压裂液流速的增大,岩石的破裂压力越大,两者呈现近似指数关系,压裂后页岩裂缝的平均宽度也增大,更加有利于气体运移。在充分考虑压裂后陆相页岩裂缝形成的宽度、贯通程度和扩展路径等条件,对压裂后陆相页岩渗透率的提高水平进行了定量评价,计算可得经超临界二氧化碳压裂后陆相页岩压裂缝近区渗透率可提高约10^(5)-10^(6)数量级。研究结果可为我国陆相页岩储层的超临界二氧化碳压裂改造模拟研究及施工设计等提供参考。

摘要：埋深、岩性和地质构造影响地应力空间分布特征。在复杂地质条件下，地应力并不总是随深度呈线性增加而表现出受构造影响的复杂变化。以最大埋深达2 268 m的天山隧道为例，在现场调查和实测数据分析基础上，对隧道工程及两侧约460 km2广大范围采用有限差分软件FLAC3D开展三维数值模拟，对地质构造影响下地应力变化有较清楚显示。断层两侧地应力突变和褶皱影响地应力起伏变化有5～10 MPa差异，尤其是临近断层上盘地应力会有局部集中现象，如硬岩区段施工中发生了中等以上岩爆。与邻近位置的实测地应力结果相比发现，数值计算结果偏大20～30 MPa,较好地量化了地质构造发育部位对地应力数值异常变化的较大影响，而这些部位正是现场地应力实测点都极力避开的位置。这说明数值模拟结果可弥补实际测点数量的有限性，进一步同实测结果结合对比可填补大量无实测数据的空白区。研究结果可为本区类似工程提供参考。

摘要：超深层海相碳酸盐岩储层油气资源丰富,是我国油气“增储上产”的重要领域。超深层油气储层受高应力和高温共同影响,此时岩石的力学特性发生明显变化,这增大了破岩难度,增加钻井事故概率,制约着超深层油气资源勘探进程与效益开发。本文采用三轴压缩试验和工业CT扫描重构相结合的手段对超深层海相碳酸盐岩储层岩石进行了不同围压下的力学试验,并对试验后试样的细观破裂形态进行了重构研究。研究表明,围压对岩石的强度、变形特性以及破裂特征有重要的影响;随着围压的增大,岩石的峰值强度、弹性模量、峰值应变以及残余强度均增大;单轴条件下岩石主要以轴向劈裂为主,随着围压的增大,逐渐转为剪切破坏;单轴压缩条件下岩石的裂缝数量、裂缝体积以及平均裂缝宽度均高于三轴压缩条件下,表明围压的存在抑制了裂缝的扩展。研究成果对于深层油气资源勘探开发具有重要意义。

摘要：随着全球变暖,极端降雨事件增多,导致山区小流域灾害频发,严重威胁人民生命财产安全。小流域防灾减灾形式多样,其中生态工程措施与岩土工程措施相结合协同减灾的方式,不仅能够充分发挥两种措施在不同时间段的减灾作用,而且能够增加整体减灾功效。目前,受限于生态工程措施与岩土工程措施协同减灾原理不明,评估方法缺乏,导致二者无法有机结合并开展综合减灾效益评估。本文在基于自然解决方案的基础上,提出了山区小流域生态-岩土措施协同减灾的原理,即利用生态工程与岩土工程协作,通过坡面防护和沟道调控,形成稳定阶梯-深潭结构的生态工程-岩土工程措施协同减灾原理。在此基础上,结合地理信息系统和最优化原理,给出基于能量消减的小流域生态工程-岩土工程协同减灾功效的定量化评价方法,为规划、设计、物种选择以及生态工程与岩土工程对策的结合提供依据。

摘要：面向深部非常规能源开发领域,自主研制了一套适应于储层特性和深埋环境的超低渗测试系统,旨在解决高地温、高地压、高孔压条件下致密岩石超低渗透率精准测定的难题。该系统由渗流管路和高温高压多通道压力室两部分重要组件构成,经过创新设计和系统优化,能稳定且可靠地模拟150℃高温、150 MPa围压和100 MPa孔压的深部储层环境,并能实现从亚纳达西至毫达西量级岩石样品渗透率的脉冲衰减法测量。基于该系统,开展了花岗岩和页岩在不同加卸载循环、有效应力、孔隙压力和温度条件下的渗透率测试。测试结果表明,加卸载循环次数增加有助于减少取样、制样过程中次生变形或次生微裂隙对测试结果的干扰;孔隙压力的提升抑制了气体滑脱效应,测得的表观渗透率更接近固有渗透率;相同有效应力条件下,页岩单一裂隙渗透率比基质渗透率至少高3个数量级;所建立的裂隙渗透率物理模型精准拟合了单一裂隙渗透率的测试结果,适用于刻画有效应力、孔隙压力和裂隙压缩变形共同影响下的裂隙页岩渗透率变化规律;固定有效应力和孔隙压力条件时,页岩渗透率随温度升高而降低。综上所述,所研发的超低渗测试系统可为致密储层渗透率的评价提供技术支撑,相关测试结果有助于加深对深部储层环境中流体运移机制的理解。

摘要：水力压裂是非常规油气开采的关键技术。在进行水力压裂的过程中,水力裂缝和天然裂隙相互作用形成复杂缝网是非常规油气高效开采的前提,而射孔方案设计对缝网的复杂程度有着重要影响。为了更深入研究压裂缝网的演化机理,模拟真实节理裂隙岩体在水力压裂中的裂缝扩展过程,从而科学、合理地优化射孔方案,本文采用全局嵌入cohesive单元的方法,利用Python进行二次开发创建DFN离散裂隙网络,建立了考虑离散裂隙网络的岩体天然裂隙模型,同时设置相同条件下不考虑DFN离散裂隙网络的模型进行对比,研究不同角度射孔方案对压裂效果的影响。通过MATLAB编程提取加载过程中的声发射定位图和声发射能量数据,对裂纹破裂机理和扩展过程进行了进一步分析。结果表明:天然裂缝的活化受射孔间产生的应力阴影、射孔与天然裂缝的角度影响;查明页岩的天然裂缝分布规律,设法提高射孔与天然裂缝的角度,使水力裂缝更容易与天然裂缝沟通并沿着天然裂缝扩展,从而形成复杂缝网。

摘要：为了检验自主研制的地面电磁探测(SEP)系统各组成部分在实际勘查中的性能与可靠性,以及整体系统的野外实际工作能力,在内蒙古乌兰察布市兴和县的曹四夭钼矿开展了SEP不同类型磁传感器之间以及SEP整套系统与国外商业仪器系统的全面对比试验.试验采用多种方案,分别进行了高温超导磁传感器和感应式磁传感器之间的性能对比试验;磁通门磁传感器和感应式磁传感器之间的性能对比试验;SEP发射机与GGT-30发射机、TXU-30发射机的发射性能对比试验;SEP系统与V8、GDP-32II等国际先进仪器的CSAMT法综合对比试验;以及SEP系统和V8系统的MT法对比试验.本文对试验结果进行了分析,表明自主研制的SEP系统已经基本达到甚至优于国外同类产品的性能,能够很好地胜任野外实际勘查工作.

摘要：地面电磁探测(SEP)系统在辽宁兴城杨家杖子矿与国外高端仪器对比试验中取得了不错效果.为了检验地面电磁探测(SEP)系统各组成部分在强干扰区中的性能及可靠性,以及由SEP系统各组成部分集成的整体系统的野外实际工作能力,继续在甘肃金川镍矿区,在强干扰背景下开展了与国外先进仪器的比对试验.利用SEP系统和国际高端著名商业仪器系统,通过不同发射机原始曲线、不同接收机原始曲线、反演剖面的对比,表明二者数据一致性较好,SEP系统的抗干扰能力已经和国际先进仪器相当,已经能够胜任各种复杂的勘探任务.