973项目标书煤油矿部分

973项目标书煤油矿部分内容摘要：

多相多组分钻井液的流动规律研究；针对深井复杂地层钻井，开展新的钻井多相流体水力参数设计准则和 1. 得出 高温高压条件下 软岩大 变形的破坏规律、强度、 变形特征和软岩 力学行为的细观组织结构、缺陷的演化模式 ， 查清 软岩大变形 的物理力学机制 得出 缝洞性围岩体的应力场特征及非连续井壁流固 耦合机理 ；初步建立高温高压下深部软 岩变形 的分析模型和预测理论， 为井壁稳定控制提供理论依据。 2. 得到 井下钻头振动特征及其与钻井工况之间的相互关系 ； 给出 不同 规格 钻柱 的 声波传输特性 ，以及支撑位置 (模拟 钻柱 与井壁接触点 )、弯曲 、 内外流体对 钻柱声波传输特性 影响规律 ； 形成 深井复杂地层钻井过程中相关地质 参数 与工程参数 的表征 与 解释方法。 3. 建立深井复杂地层岩石分形破碎能耗模型；提出在深井条件下粒子射流破岩钻井设计方法；初步建立深井复杂地层三维钻井轨迹仿真计算模型。 提出不同约束条件下高效破岩工具的优化设计方案。 4. 获得 多相多组分钻井液的流动规律 ；获得复杂边界条件下的钻井多相流体水力参数优化方法 建立井口压力与井底压力的正反演解释模型。 16 16 年度 研究内容 预期目标 优化方法研究；开展超临界条件下应用 CO2 钻井的室 内实验研究；研究随钻测量信息与井筒压力之间的关系。 5. 开展室内实验和数值模拟，研究固相和液相在强非均质、易变形连通缝洞中的时空分布规律及其影响因素。 针对深部泥页岩、盐岩等高塑性地层的易失稳井段，利用实钻岩心，研究高温高压条件下，泥页岩水化膨胀规律以及盐岩、盐膏岩蠕变规律，建立高塑性地层井眼大变形预测模型，为深部高塑性地层的井壁稳定控制奠定基础。 6. 地质不确定因素与钻井安全及效率的相互制约机理研究。 钻井方式和参数优选方法研究。 井身结构设计方法及钻具动态特性现场试验。 基于模糊综合分析方法的套管柱风险评价研究。 深井复 杂地层钻井风险因素及相关性研究。 5. 初步掌握固相和液相在强非均质、易变形连通缝洞中的时空分布规律及其影响因素。 取得高温高压条件下，泥页岩水化膨胀规律以及盐岩、盐膏岩蠕变规律，建立高塑性地层井眼大变形预测模型。 6. 得出地质条件不确定度、 井身结构设计方案、钻井安全因素、钻井效率和效益之间的相互制约关系，给出各控制因素对钻井安全和效益的影响规律。 建立钻井方式和参数优选方法。 提出基于模糊综合分析方法的管柱风险评价方法。 揭示深井复杂地层钻井过程中实际遇到的风险种类与风险因素的相互联系。 17 17 年度 研究内容 预期目标 第 四 年 1. 应用地球物理理论和方法，建立深井复杂地层 地球物理属性与岩体物性相联系的地层 孔隙流体 压力预测模型；通过地球物理多参数外推和属性重建，形成地层 孔隙流体 压力系统的综合 预测和 评价方法 2. 数值模拟和现场试验相结合，研究钻头振动特性参数与地层岩体物理属性的 相关性；钻柱声波传输信道噪声及码间干扰处理方法研究；研究应用钻井实时测量信息，实时修正钻井地质力学模型，准确判断井下工况的方法；现场验证研究形成的理论与方法。 3. 深井复杂地层不同破岩方法和钻井方式优选研究。 超临界二氧化碳射流破岩钻井方法研究；深井复杂地层三维钻井轨迹仿真计算系统研究。 4. 研究井 筒流体与地层缝洞的相互作用机理，揭示复杂边界条件下流体的热质传递特性及规律 ；利用多相流相平衡定律，建立井筒流体密度、黏度等物性参数的预测模型 ； 研究井筒压力系统的失稳条件及控制机制 5. 通过模拟井下条件的泥页岩水化过程变形实验， 形成水化泥页岩变形与特征参数测试方法，建立泥页岩水化非线性力学模型和动态井壁稳定的化学与力学1. 深井复杂地层 地球物理属性与岩体物性相联系的地层 孔隙流体 压力预测模型 ； 深井复杂地层异常孔隙流体压力综合预测方法。 2. 确定典型 地层岩体 的 钻头振动特性响应特征 ；提出 提高信道传输能力的 方法；形成 应用钻井实时测量信息， 实时修正钻井地质力学模型，准确判断井下工况的方法。 3. 初步提出在深井条件下超临界二氧化碳射流破岩钻井设计方法 ；建立深井复杂地层不同约束条件下高效破岩钻井方式的优选准则和目标函数；初步建立深井复杂地层三维钻井轨迹仿真计算系统。 4. 获得复杂边界条件下井筒流体的热质传递规律 ； 形成井底 压力与地层压力系统的协调控制方案 5. 建立泥页岩水化非线性力学模型和动态井壁稳定的化学与力学耦合模型 和 高塑性地层井壁失稳程度和时效的评估方法，形成地层承压能力评估模型与井壁失稳的控制准则。 6. 建立深井井身结构构建准则和设计方法，根据工程实际进行井身结构设计。 初步形成深井复杂地层高效钻井的参数优化设计方法。 初步提出井筒系统的失效评价准则和可靠性评价模型。 提出深井复杂地层钻井风险评价模型18 18 年度 研究内容 预期目标 耦合模型，揭示泥页岩水化变形机理及其破坏动态变化规律。 建立高塑性地层井壁失稳程度和时效的评估方法；研究适合不同漏失特征的堵漏方法，形成地层承压能力评估模型与井壁失稳的控制准则，探索有效预防和控制复杂地层漏失与井壁失稳的方法对策。 6. 深井复杂地层井身结构设计准则及优化设计方法研究。 钻井方式转换的预案与对策 研究， 不同钻井方式和破岩方法的现场试验及效果评价。 深井复杂地层井筒失效分析研究。 深井复杂地层钻井风险 评价模型研究。 不同 级别钻井风险规调控方案研究。 及调控机制。 第 五 年 1. 验证和完善前述分析模型和预测理论 2. 研究井筒压力系统的失稳条件及控制机制，建立复杂地层压力系统、窄安全压 力窗口等条件下井筒压力系统的精细控制方法。 3. 选定典型区域，开展现场试验，进行成果验证； 4. 根据现场实验情况，进行理论及模型的完善； 课题 验收总结。 1. 形成完整的深井复杂地层岩体力学特征与参数表征的实验测试方法、地球物理预测模型和钻井动态实时评估模型。 2. 形成综合利用钻头相关研究成果、随钻监测各种信息减少钻井复杂与事故，提高钻井效率的理论与方法； 3. 现场验证深井复杂地层 卸载相关的破岩机理与高效破岩新方法。 优选出适合深井工程的 12 种高效破岩钻井新方法。 4. 建立复杂地层压力系统 条件下井筒压力系统的精细控制方法。 5. 完成井漏 及井壁失稳机理模型和19 19 年度 研究内容 预期目标 评估方法。 6. 形成深井安全高效钻井设计平台和风险控制理论及方法。 7. 提交课题验收总结报告 20 20 项目名称： 煤炭深部开采中的动力灾害机理与防治基础研究 首席科学家： 姜耀东 中国矿业大学（北京） 起止年限： 2020 年 1 月 2020 年 8 月 依托部门： 教育部 国家安全生产监督管理总局 21 21 一、研究内容 （一）关键的科学问题 随着矿井深度和开采强度的不断增加，与浅部开采相比，深部采区的地质构造、应力场特征、煤岩体的破碎性质与动力响 应特征、岩层移动以及能量的积聚释放规律均发生了显著变化，深部矿井动力灾害的致灾机理、触发条件、演化规律以及显现特征不同于浅部煤矿工程。 目前， 我国煤炭资源已转入深部开采， 但相关的基础研究还不够 系统深入 ，缺乏对深部开采条件下动力灾害的孕育 发生 演化机理、基础科学问题以及预警防治对策的系统研究，亟待在相关的基础理论方面取得突破，建立煤矿深部动力灾害综合防治的理论与技术体系。 针对国家能源的重大需求以及煤炭深部开采中存在的重大问题，本项目拟解决以下四个关键科学问题： 地质赋存条件对深部煤矿动力灾害的作用机制及量化 分析方法 在长期的地质演变过程中深部煤岩体内蕴藏着巨大的变形能，其储能程度和原岩应力分布既取决于煤岩体的硬度、致密性和矿物成分，也取决于地质构造、断层、褶曲的程度。 同时深部煤层开采时坚硬顶板 (特别是厚层砂岩顶板 )的运动失稳也是导致矿柱和采场巷道工作面发生瞬时冲击动力灾害的诱因。 因此深部煤岩动力灾害与煤岩组分、断层、褶曲、原始应力场和构造应力异常密切相关，如何科学定量描述地质赋存条件的作用机制及其与煤矿动力灾害的相关性是一个共性科学问题。 通过研究这一科学问题，揭示煤岩体的冲击倾向性、地质构造和原岩应力条件对煤 矿深井动力灾害成灾的作用机制。 深部断续煤岩体的变形破坏规律和工程动力响应特征 深部煤岩体通常为含有节理裂隙的层状结构。 深部煤炭的集中开采强烈扰动使得采场和巷道周围的煤岩体不可避免地发生变形和破坏从而形成断续结构。 在多次开采扰动和长期的流变过程中， 这种断续结构煤岩体 会 出现新的破裂和强度不断衰减的循环过程，从而导致大变形、强流变 和超低摩擦效应，在一定条件下将会引起冲击地压、顶板大面积来压、矿震等煤矿动力灾害。 在深部煤炭开采工程中，巷道围岩的破坏并不意味着巷道的失效， 围岩的突发性动力破坏是由于断续煤岩体结构特征 、外载荷作用、岩石卸压与能量释放的共同作用结果。 因此 通过探索深部断续煤岩体的变形破坏规律和工程动力响应特征这一科学问题，研究断续煤岩体结构特征及 破裂后的 变形破坏特征，研究允许围岩破坏但限制其变形发展的稳定条件，从而搞清楚 巷道围岩破裂后（峰后）的力学响应、围岩失稳特性及其演化规律和动力失稳控制对策。 采动应力分布、能量场的时空演化规律与多因素耦合致灾机理 开采前煤岩体处于深部三维应力平衡状态下，开采活动打破了原有的应力平衡，导致采场三维空间中的宏观应力场与能量场的重新分布，这种应力场与能量场的动态演化与发展必 然为动力灾害的孕育、发生和发展创造条件。 因此采动应力分布和能量场的时空演化规律与多因素耦合致灾机理是本项目的重要科学问题。 通过回答这一科学问题，揭示深部裂隙煤岩体在开采过程中的能量积聚与释放机制、能量场的时空演化规律以及动力灾变的能量触发条件，提出基于能量突变的深部煤岩体动力失稳的模型与判别准则和能量分析体系。 深部煤矿动力灾害的多参量监测预警与防治的理论与方法 22 22 在深部煤矿动力灾害孕育发展过程中，煤岩体中的应力状态将发生变化并同时伴随能量的释放，其中，微震、声发射、电磁辐射就是这种释放过程的物理效应之一。 研 究煤岩体在变形破坏过程中的应力、微震、声发射、电磁辐射等前兆信息规律，通过监测、分析井巷和采场附近煤岩体的应力变化及微震、声发射和电磁辐射活动等前兆信息的多参量动态变化趋势，就可以建立煤岩动力灾害监测预警系统进行预警预报和有效的防治。 因此，研究深部煤矿动力灾害的前兆信息、多参数识别理论与预警模型，是进行灾害准确预测和有效防治的前提，是急需解决的科学问题。 同时从冲击地压等动力灾害发生的条件入手，研究如何实现对煤岩体弹性能积聚与释放进行有效控制的开采方法与防治技术 (如深孔断顶爆破、定向水力致裂等 )，从而实现对深 部煤矿动力灾害的有效预防。 （二）主要研究内容 围绕上述关键科学问题 ， 具体研究内容如下： 1. 深部煤矿动力灾害的地质构造条件、原岩应力特征及相互作用机制 研究我国深部煤层地质构造特征，探索煤层、顶底岩层空间结构、宏观力学性质与动力突出之间的关系，从本质上把握煤、岩石的宏观力学特性及其冲击倾向性的内在属性；研究煤层断层褶曲构造特征与构造应力分布规律，建立地球物理信号精细探测响应特征和反演解释理论和综合探测方法；研究煤岩石矿物成分和细观结构与冲击倾向性的耦合关系和模型描述，构建煤、岩石组分和细观结构冲击倾向性 的判别准则。 2．深部断续煤岩体的变形破坏规律及其动力响应特征 研究深部煤岩石在载荷作用下 (包括加载和卸荷 )破裂后演化（后破裂）规律及其力学特性，探索煤、岩石微结构、裂隙分布特性对岩石破裂及其演化的影响规律，获取岩石破裂后继续破碎过程中强度衰减的真实演化特征；研究断续煤岩体的结构变形破坏规律，探讨不同尺寸结构煤岩体的变形机制、结构面效应和破坏准则；研究断续煤岩体的结构面变形和断层错动过程中超低摩擦效应和动力响应特征，揭示深部煤矿动力灾害的致灾机理。 3．深部采动应力场时空分布规律及对动力灾害孕灾过程的控制机 理 研究深部高地应力与强开采条件下覆岩破断方式、覆岩空间结构形式和运动规律，建立覆岩空间结构模式与动力灾害的关系模型；研究“覆岩空间结构 空间应力场 区域性冲击”与“局部应力异常 局部微震”的多尺度深部动力灾害的触发机制、孕灾过程及判别准则，建立覆岩空间结构运动与采动应力场耦合过程中的应力突变、能量激增的非线性动力学模型；揭示深部开采诱致覆岩运动与采动应力场时空分布对动力灾害孕灾过程的控制机理。 4．深部开采过程中能量场的时空演化规律与多因素耦合致灾机理 研究深部原岩应力场与动态开。